自適應(yīng)計(jì)算可成為新基建的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理引擎

唐曉蕾（Maria Tang），賽靈思大中華區(qū)銷售副總裁唐曉蕾（左），酆毅（Bob Feng），賽靈思大中華區(qū)核心市場(chǎng)總監(jiān)酆毅（右）

1   新基建“新”在哪兒

我國(guó)正大力發(fā)展新基建。新基建“新”在哪兒？新在數(shù)據(jù)，即如何做基建以把數(shù)據(jù)的能量很好地釋放出來(lái)，使數(shù)據(jù)能更好地流通，以改變生活。

所以以前的基建是圍繞人，即怎樣改變?nèi)说纳?，怎樣讓社?huì)更高效；新基建的目標(biāo)是“新”，在于圍繞數(shù)據(jù)進(jìn)行的基建。

我國(guó)給出了新基建的七大領(lǐng)域：其中5G、人工智能、數(shù)據(jù)中心，主要關(guān)于數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)化，即怎樣把產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過(guò)手機(jī)、智能工廠、人工智能變成產(chǎn)業(yè)化的東西；汽車、城際高速、特高壓、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是非常獨(dú)特的領(lǐng)域，特點(diǎn)是能夠產(chǎn)生海量的數(shù)字，同時(shí)又是傳統(tǒng)行業(yè)，因此，我們要思考怎樣讓傳統(tǒng)行業(yè)利用數(shù)據(jù)產(chǎn)生的能量加速發(fā)展。所以，人們把新基建分成數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化（如圖1）。

圖1 新基建按照數(shù)據(jù)的分類

2   數(shù)據(jù)引力帶來(lái)了邊緣計(jì)算的需求

為何今天數(shù)據(jù)變得如此重要？因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)成為一種社會(huì)的能量聚集點(diǎn)后，會(huì)吸引很多服務(wù)、應(yīng)用向數(shù)據(jù)靠攏。這也產(chǎn)生了邊緣的智能計(jì)算。（如圖2）。 

圖2 “數(shù)據(jù)引力”圖

數(shù)據(jù)的引力作用由2個(gè)層面來(lái)決定，以下以新基建中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)明。

1）系統(tǒng)的延時(shí)所帶來(lái)的訴求。從控制系統(tǒng)角度，控制的速率是由自然數(shù)據(jù)的頻率，即自然速率來(lái)決定的。根據(jù)Nyquist定理，至少要2倍的采樣頻率才能實(shí)現(xiàn)有效的信息捕捉。對(duì)于系統(tǒng)，它的要求更高，理論上是需要有10倍的采樣頻率（如圖3）。

例如，對(duì)于較慢的頻率，如燃?xì)獍l(fā)電機(jī)或者是風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它們的數(shù)據(jù)頻率可能是在十幾Hz或幾Hz，但是控制速率需達(dá)到10 ms左右。這時(shí)如果對(duì)控制系統(tǒng)的作用是通過(guò)中央處理平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，會(huì)給物理限制帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此無(wú)法通過(guò)云化來(lái)進(jìn)行這樣的控制系統(tǒng)的管理。

2）成本角度。對(duì)于計(jì)算中心，同樣是發(fā)電站的數(shù)據(jù)量消耗，圖4左列出了各種I/O控制的數(shù)據(jù)量，推斷到每分鐘、每小時(shí)、每天，每月的吞吐量，結(jié)果是一個(gè)普通的電站所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，至少在7 700 GB以上。以亞馬遜云(aws)的云存儲(chǔ)服務(wù)作為模型來(lái)計(jì)算，僅發(fā)電站的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本，每月要超過(guò)1.3萬(wàn)美元。

可見(jiàn)，由于數(shù)據(jù)引力，一方面是數(shù)據(jù)的物理限制導(dǎo)致了本地化部署的需求，另外是數(shù)據(jù)的數(shù)量，二者同時(shí)把計(jì)算推向了邊緣。即加倍的邊緣計(jì)算及智能化帶來(lái)了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的需求。

圖3 系統(tǒng)物理圖

3   雜亂無(wú)章、爆炸性增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需要自適應(yīng)平臺(tái)

數(shù)據(jù)今天是以一種什么樣的形式出現(xiàn)？①是雜亂無(wú)序的，②增長(zhǎng)既不是線性的，也不是指數(shù)級(jí)的，而是爆炸性的。線性的，例如隨著手機(jī)用戶的增多，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的量就多了，實(shí)際上，每部手機(jī)的帶寬/數(shù)據(jù)流量是有限制的。但是今天，我們面對(duì)的不是這種形式，而是能夠接入、產(chǎn)生數(shù)據(jù)的端越來(lái)越多，即每個(gè)端都在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)是怎樣完成傳輸、計(jì)算，從而產(chǎn)生內(nèi)容和意義的？實(shí)際上，它不是一種架構(gòu)就能夠產(chǎn)生。即不像以前簡(jiǎn)單的諸如通訊里的數(shù)據(jù)，或汽車?yán)锏臄?shù)據(jù)，而是把短視頻、流媒體等各種不同的數(shù)據(jù)都疊加進(jìn)來(lái)。所以，單一的數(shù)據(jù)架構(gòu)無(wú)法獨(dú)立完成這種海量數(shù)據(jù)的處理。

為此，自適應(yīng)和智能計(jì)算的領(lǐng)先企業(yè)賽靈思公司（Xilinx）于2018年提出了“異構(gòu)計(jì)算”概念。當(dāng)時(shí)正處于數(shù)據(jù)爆炸的黎明，賽靈思認(rèn)為：異構(gòu)計(jì)算將會(huì)是整個(gè)世界需要的一種計(jì)算模式。

因?yàn)樾酒牡芷谠絹?lái)越慢，而不是越來(lái)越快。例如，從90 nm到16 nm過(guò)程，在制程上每2年左右推出一代新品，或是容量翻番。但是，隨著進(jìn)入到20 nm之后，芯片的推進(jìn)周期越來(lái)越慢。

但從另一角度來(lái)看，創(chuàng)新是在快速演進(jìn)的。例如現(xiàn)在的智能世界和AI（人工智能）時(shí)代，算法的演進(jìn)是非?？斓?，以AI為例，可能算法的演進(jìn)也就是一篇論文的發(fā)表，人們就能發(fā)現(xiàn)一個(gè)全新的世界；與此同時(shí)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在不停地從各種維度更迭。所以今天的創(chuàng)新和芯片的周期變成了一種非常不匹配的節(jié)奏。

因此世界在呼喚一種自適應(yīng)的計(jì)算，它不被芯片的設(shè)計(jì)周期所限制；但是又同時(shí)在算法演進(jìn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)的時(shí)候來(lái)支撐人們的想法，再跟上保密性/安全性的需要，以及傳感器和接口數(shù)量不斷增加時(shí)，能夠有一種硬件，讓用戶可以自適應(yīng)地去滿足這些需求。

圖4 發(fā)電站的數(shù)據(jù)量及成本

2018年賽靈思推出了區(qū)別于CPU、GPU的一種新型計(jì)算架構(gòu)——ACAP（自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)）。

對(duì)于新基建，賽靈思怎樣落地？首先是讓客戶去接受賽靈思的產(chǎn)品；然后再根據(jù)客戶的需求做優(yōu)化，并如此反復(fù)迭代——因?yàn)樾禄涞氐倪^(guò)程是螺旋式上升的，可能要經(jīng)歷5~10年的漫長(zhǎng)過(guò)程，所以需要把該落地，能落地的事情先做好，然后在和客戶一起成長(zhǎng)。

自適應(yīng)的核心是適者生存。在這樣一個(gè)創(chuàng)新的、瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，靈活多變的高性能自適應(yīng)計(jì)算平臺(tái)，有望成為創(chuàng)新的利器和驅(qū)動(dòng)新基建的強(qiáng)大引擎。

本文來(lái)自2020年8月期《電子產(chǎn)品世界》