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清微智能出席国际智能计算机大会首席科学家尹首一详解可重构计算

time:2019年7月8日 | author:清微智能


6月27日至29日,2019年世界智能计算机大会(bench council 2019)在深圳举行,世界智能计算机大会前五届都在美国举办,此届是首次在国内举办。今年大会以“拥抱智能计算未来”为主题,包括图灵奖获得者、两院院士等多位国内外知名专家出席会议。清华大学微纳电子系副主任、微电子学研究所副所长,同时兼任北京清微智能首席科学家的尹首一教授,在大会上做《embedding ai in everything:μw-level neural network processor》的特邀报告,分享以架构创新提升芯片能效、实现无处不在的人工智能的技术和产业趋势。



尹首一在分享中提到,随着云计算、大数据、物联网等技术的发展,各种智能终端设备的普及,数据流量的增速正在不断加快,对芯片算力提升的要求也显得日益迫切。过去,工艺的提升和架构的改变能带来芯片性能的提升,但随着摩尔定律逐渐趋缓,架构创新成为最重要的方向。

尹教授指出,大家正在从两个不同的维度(算法和架构)努力实现超高能效的计算。算法层面努力的方向是让深度神经网络模型更加紧凑。而从架构上,芯片设计必须满足三个条件:

第一, 具有良好的软件可编程性,这样才能适应算法和应用的持续演进;

第二, 具有高效的硬件架构变换能力,芯片架构需要能够动态调整,因为单一架构无法适应所有算法;

第三, 要兼具高性能和低功耗。



尹首一教授做特约报告

尹教授介绍,清华大学可重构计算团队最早从2006年开始关注可重构架构,coarse-grained reconfigurable architecture(cgra)。过去十多年时间在可重构架构的基础理论上做了很多探索性的工作。从2015年开始,团队将可重构架构应用在ai计算、神经网络计算场景,并设计了一系列ai芯片。也就是在这一年,cgra开始在国际学术界和工业界受到广泛关注:2015年《国际半导体技术路线图》(itrs报告)将其视为未来可编程计算架构发展方向。2017年美国国防部高级研究计划局(darpa),发起了“电子复兴计划”,重点支持的正是“运行时快速重构”的硬件架构研究。

本质而言,可重构计算是一种空域上的并行计算模式,以空域的硬件结构组织不同粒度和不同功能的计算资源。在运行时,根据数据流的特点,让配置好的硬件资源互连形成相对固定的计算通路,以接近“专用电路”的方式进行计算;当算法和应用变换时,再次通过配置,重构为不同的计算通路去执行不同的任务。



可重构芯片满足上述“软件可编程,架构能变换”的能力,在同等功耗下,具有更强算力。同时具有低成本、面积小,应用开发简便等特征,其最高能效可达每瓦十万亿次运算,最低功耗仅为微瓦量级。

尹教授介绍,清华大学可重构计算团队已于2018年在北京成立北京清微智能科技有限公司,首款可重构ai芯片,也已本月量产,预计出货量可近千万。


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