異構(gòu)計(jì)算行業(yè)深度分析2024

• 陳觀秋 2024年4月3日 來(lái)源：科創(chuàng)板日?qǐng)?bào) 新華社客戶端 中研普華報(bào)告 746 44
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異構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用范圍很廣，幾乎所有涉及巨大挑戰(zhàn)性問(wèn)題的求解都可用異構(gòu)計(jì)算進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的求解。典型的應(yīng)用包括圖像理解、質(zhì)點(diǎn)示蹤、聲束形成、氣候建模、湍流對(duì)流混合模擬以及多媒體查詢等。這些應(yīng)用中通常都含有多種不同的計(jì)算類型的需求，因此很適合于用異構(gòu)計(jì)算來(lái)進(jìn)

當(dāng)下，面對(duì)越來(lái)越高的算力開(kāi)銷和越來(lái)越復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息，單靠CPU已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足需求。相較于傳統(tǒng)的服務(wù)器，AI服務(wù)器需要配備GPU/NPU/FPGA/ASIC等芯片以支持高算力，異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，未來(lái)有望成為主流，算力巨頭英偉達(dá)、AMD都早已展開(kāi)布局。

我國(guó)《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃》中也明確提出，推動(dòng)CPU、GPU等異構(gòu)算力提升，逐步提高自主研發(fā)算力的部署比例，推進(jìn)新型數(shù)據(jù)中心算力供應(yīng)多元化。

異構(gòu)計(jì)算是指在一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)中使用不同類型的處理器或者計(jì)算單元來(lái)協(xié)同完成計(jì)算任務(wù)的技術(shù)，這些單元包括CPU、GPU、以及如NPU這樣的專用加速器。它的目的在于通過(guò)結(jié)合不同處理器的優(yōu)勢(shì)，來(lái)提高系統(tǒng)的整體性能、效率和適應(yīng)各種復(fù)雜計(jì)算場(chǎng)景的能力，同時(shí)解決單一架構(gòu)在功耗、散熱等方面的局限性。

異構(gòu)計(jì)算行業(yè)深度分析

在過(guò)去，異構(gòu)計(jì)算意味著必須以不同方式處理不同的 ISA，而在現(xiàn)代示例中，異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu) (HSA) 系統(tǒng)在使用多種處理器類型(通常是 CPU 和 GPU)時(shí)消除了差異(對(duì)于用戶)，通常在 相同的集成電路，以提供兩全其美：通用 GPU 處理(除了 GPU 眾所周知的 3D 圖形渲染功能外，它還可以對(duì)非常大的數(shù)據(jù)集執(zhí)行數(shù)學(xué)密集型計(jì)算)，而 CPU 可以運(yùn)行 操作系統(tǒng)并執(zhí)行傳統(tǒng)的串行任務(wù)。

隨著制造技術(shù)的進(jìn)一步擴(kuò)展允許以前的分立組件成為片上系統(tǒng)或 SoC 的集成部分，現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)中的異構(gòu)性水平正在逐漸增加。 例如，許多新處理器現(xiàn)在包括用于與其他設(shè)備(SATA、PCI、以太網(wǎng)、USB、RFID、無(wú)線電、UART 和內(nèi)存控制器)以及可編程功能單元和硬件加速器(GPU、密碼學(xué))接口的內(nèi)置邏輯 協(xié)處理器、可編程網(wǎng)絡(luò)處理器、A/V 編碼器/解碼器等)。

據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2023-2028年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來(lái)投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》分析：

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2017年異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為約120.10億元，增長(zhǎng)率為39.9%。2018年異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為約176.88億元，增長(zhǎng)率為38.2%。2019年異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為約234.94億元，增長(zhǎng)率為30.7%。2020年異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為約296.16億元，增長(zhǎng)率為25.9%。2021年異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為約362.35億元，增長(zhǎng)率為22.8%。

異構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用范圍很廣，幾乎所有涉及巨大挑戰(zhàn)性問(wèn)題的求解都可用異構(gòu)計(jì)算進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的求解。典型的應(yīng)用包括圖像理解、質(zhì)點(diǎn)示蹤、聲束形成、氣候建模、湍流對(duì)流混合模擬以及多媒體查詢等。這些應(yīng)用中通常都含有多種不同的計(jì)算類型的需求，因此很適合于用異構(gòu)計(jì)算來(lái)進(jìn)行求解。

目前異構(gòu)并行計(jì)算向著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

(1)集群計(jì)算。這是傳統(tǒng)高性能計(jì)算的領(lǐng)域。但是今天高性能計(jì)算已經(jīng)演變成了異構(gòu)并行計(jì)算的一部分，越來(lái)越多的高性能計(jì)算集群使用GPU、MIC、FPGA等。

(2)單機(jī)計(jì)算。推動(dòng)單機(jī)計(jì)算向異構(gòu)并行計(jì)算發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯螒?、?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，而主要表現(xiàn)是GPU+CPU的異構(gòu)計(jì)算。

(3)移動(dòng)計(jì)算。近幾年發(fā)展表明，人們對(duì)手機(jī)的需求比對(duì)PC的需求更大。目前幾乎所有的移動(dòng)芯片解決方案都是異構(gòu)的，除了有CPU、GPU之外，還有視頻編解碼單元、音頻處理單元。傾向于把更多工作內(nèi)容轉(zhuǎn)移到手機(jī)上，但是為了保證續(xù)航時(shí)間，移動(dòng)處理器的設(shè)計(jì)一開(kāi)始就不是以高性能為目標(biāo)，這使得要在移動(dòng)處理器上獲取高性能是比較困難的。

(4)嵌入式計(jì)算。在一些惡劣工作環(huán)境下，只有DSP和FPGA能夠滿足要求。

報(bào)告對(duì)我國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、子行業(yè)發(fā)展變化等進(jìn)行了分析，重點(diǎn)分析了國(guó)內(nèi)外異構(gòu)計(jì)算行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對(duì)行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等等。報(bào)告還綜合了異構(gòu)計(jì)算行業(yè)的整體發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

想要了解更多異構(gòu)計(jì)算行業(yè)詳情分析，可以點(diǎn)擊查看中研普華研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來(lái)投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》。

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  2023-2028年中國(guó)異構(gòu)計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來(lái)投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告

  異構(gòu)計(jì)算是指使用不止一種處理器或內(nèi)核的系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)不僅通過(guò)添加相同類型的處理器來(lái)提高性能或能效，而且還通過(guò)添加不同的協(xié)處理器來(lái)提高性能或能效，這些協(xié)處理器通常結(jié)合專門的處理能力...

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