新型数据流异构处理器架构及计算系统

Overview

计算技术正由通用计算转变为领域专用计算，并迈向大数据、图计算与人工智能等相互结合的多领域融合计算新时代。多领域融合计算存在数据-控制-访存密集的时空交织复合特征，给单一数据流或者控制流架构的现有计算机系统带来了数据频繁交互导致性能低、编程效率与可用性差、资源分配固化利用率低下等系列挑战。研究控制流与数据流结合的处理器架构，并打造软硬一体的数据流系统，是构建面向新兴多领域融合计算负载的高性能、高效能、高易用的计算系统的关键。

本项目紧密围绕重点专项的总体目标，面向国家战略需求、经济与社会重大挑战，在充分考虑现有新型计算负载中存在的数据-控制-访存密集的时空交织复合特征给现有单一数据流或控制流计算系统的难题，解决“数据流与控制流异构核心高效融合、异构融合架构下的编译优化框架、动态运行时系统、真实可用系统”4个科学问题，研制数据流异构融合处理器及数据流软硬一体通用计算系统，构建通用数据流计算技术体系，在关键技术上申请10项专利，形成专利群，发表高水平学术论文20篇，在天文大数据与科学计算、金融图分析、云计算等多个领域得到应用并进行验证。系统关键技术指标包括：研制数据流核心与控制流核心异构融合架构及数据流异构处理器芯片，核数不少于4核，核种类不少于2种，主频1GHz以上，访存带宽150Gbps以上；在相同核数下，峰值性能较经典控制流CPU处理器提升10倍以上，峰值能效提高5倍以上；研制高性能编译工具链，支持跨架构的并行优化，性能提升1倍以上；研制动态支撑运行系统，支持3种以上的典型场景下的通用加速能力开发套件；研制多个交叉领域的高性能算子库及不少于3套加速能力开发套件，支持核心算子100个以上。

充分发挥数据流技术所具有的数据驱动执行、细粒度异步并行效率高等优势，以其为核心贯穿软硬件边界，研制以数据流为抽象的统一化上层编程模型，以及底层可支撑低开销细粒度并行的控制流-数据流异构融合架构。开展异构数据流处理器核及SoC设计验证，并基于先进工艺完成流片，研制异构数据流实用计算系统，研发异构并行的高性能代码自动生成编译技术以及保证服务质量的动态运行时系统。