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沐曦集成電路（上海）有限公司CTO楊建
12月22日，在無(wú)錫舉辦的“中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2021年會(huì)暨無(wú)錫集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇（ICCAD 2021）”上，沐曦集成電路（上海）有限公司CTO楊建帶來(lái)主題為《通用算力的需求和機(jī)遇》的精彩分享，以下為演講全文：
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我們看一下四次工業(yè)革命的發(fā)展，第一次工業(yè)發(fā)展是燃?xì)庵笸苿?dòng)機(jī)器化發(fā)展，以前是用水帶動(dòng)磨坊磨麥子，后來(lái)帶動(dòng)蒸汽機(jī)。第二次工業(yè)革命是電氣化，最大發(fā)明人是愛(ài)迪生。第三次工業(yè)革命到現(xiàn)在是信息化、自動(dòng)化時(shí)代，過(guò)去幾年，中國(guó)自動(dòng)化發(fā)展的很快。最新的工業(yè)革命時(shí)代是智能化，起源于2014年開(kāi)始的預(yù)算，要感謝他，另一個(gè)要感謝的是GPU算力。
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在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，我們鄧公很厲害，給我們提出科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。目前中國(guó)一年有20萬(wàn)大學(xué)生畢業(yè)，回到十年前，只有10萬(wàn)，所以科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力一定是沒(méi)錯(cuò)的方向。
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很早就有計(jì)算，比如中國(guó)祖沖之的計(jì)算圓周率。在二戰(zhàn)的時(shí)候、一戰(zhàn)的時(shí)候，弧線到落地點(diǎn)要計(jì)算，問(wèn)題并不復(fù)雜，但是在那個(gè)時(shí)代，只有手搖計(jì)算機(jī)，沒(méi)有電子計(jì)算機(jī)20年前，計(jì)算不發(fā)達(dá)，我們計(jì)算都是一張一張的表去找的。第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，每7分鐘就要換一個(gè)晶體管，計(jì)算過(guò)程每7分鐘就要停一下，這是非?？膳碌氖虑?，每次的計(jì)算能力只有5000次，但是比手搖計(jì)算機(jī)已經(jīng)快了3000倍到5000倍，非?？炝耍畈欢嗫梢赃_(dá)到每次做5000次加法的計(jì)算?；氐接?jì)算的歷史，計(jì)算歷史是以西方開(kāi)始在研究行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，特別是開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星是橢圓形。根據(jù)某一個(gè)點(diǎn)的不規(guī)則，計(jì)算另一個(gè)行星大概是在什么位置。到了牛頓時(shí)代，他用歸納法，上海這邊說(shuō)中學(xué)生一定要在學(xué)物理和化學(xué)的時(shí)候?qū)W會(huì)歸納法，這是非常基礎(chǔ)的科研方法，牛頓最大的貢獻(xiàn)是天體物理、力的作用用公式化表明，整個(gè)世界進(jìn)入新的時(shí)代，是整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的鼻祖。到了20世紀(jì)，傳統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)被計(jì)算方法替代了，計(jì)算的時(shí)候可以計(jì)算更新的物質(zhì)，比如某種化學(xué)反應(yīng)，更小的發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)在到了2014年之后，進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，包括智能化時(shí)代。
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這是經(jīng)典的科學(xué)計(jì)算維度圖，算一個(gè)物體，從10的-3/1尺度，到大尺度，最大尺度是航天動(dòng)力的雷諾系數(shù)，把所有空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題解到的話，按照現(xiàn)在的半導(dǎo)體水平，需要到2080年。2080年，雷諾多希望達(dá)到100米，大型航天器都可以利用這個(gè)技術(shù)求基，而不需要風(fēng)動(dòng)。
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過(guò)去疫情期間，我們更多的尺度是在納米級(jí)上找新冠藥物分子結(jié)構(gòu)，過(guò)去兩年發(fā)展非?？?，對(duì)于中國(guó)大的制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，比如汽車和飛機(jī)，這是制造業(yè)最頂端的兩個(gè)東西，中國(guó)在未來(lái)需要大量的計(jì)算做汽車外觀、重量材料。
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下面要講的，其實(shí)是一個(gè)穩(wěn)流問(wèn)題，當(dāng)一個(gè)流體，這個(gè)水看起來(lái)不動(dòng)，是靜態(tài)的，其實(shí)不是的，它一直在流動(dòng)，它是可以計(jì)算出來(lái)的。右邊的是常見(jiàn)的飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)，我們知道，飛機(jī)在降落的時(shí)候，它最大的噪音來(lái)自于起落架，起飛的時(shí)候它展開(kāi)了，產(chǎn)生了很大的動(dòng)力，這些東西都需要計(jì)算表達(dá)。
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過(guò)去中國(guó)造了世界最大的風(fēng)動(dòng)，現(xiàn)在中國(guó)在造世界最大的數(shù)字風(fēng)動(dòng)。制造的時(shí)候通用算力用網(wǎng)格表達(dá)，網(wǎng)格越密，計(jì)算精度越高，現(xiàn)在空氣動(dòng)力學(xué)可以達(dá)到2%的精度，我們可以算出來(lái)飛機(jī)在平流層飛行的時(shí)候，某個(gè)速度下需要的聲力多高，需要耗多少油。更高精度，需要把網(wǎng)格更加密，原理飛機(jī)場(chǎng)的位置可以把精度降低一點(diǎn)，不需要那么精確。所有的計(jì)算有兩種算法，一種是有限元法，一種是有限容積法。最終會(huì)展開(kāi)一個(gè)線性方程，線性方程計(jì)算量非常大，目前是10億×10億的線性方程，2080年可能需要再增加1000倍的網(wǎng)格，才能達(dá)到100米的系數(shù)。
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通用算力是數(shù)字時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)，關(guān)于燃料問(wèn)題，燃料在3000年前的《圣經(jīng)》里就記載，說(shuō)中東有個(gè)東西，點(diǎn)燃就可以燃燒。在智能化時(shí)代，人工智能這個(gè)問(wèn)題提出的很早，在50年代就提出了，但是一直沒(méi)有形成真正的社會(huì)推動(dòng)力，為什么？因?yàn)樗懔θ笔?，?dǎo)致沒(méi)有算力時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)。
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2014年，2015年人工智能開(kāi)始爆發(fā)，2014年，一個(gè)有錢公司貨研究室有100張顯卡，他能夠在2014年和2015年做一個(gè)算法?，F(xiàn)在不行了，現(xiàn)在做大型算法，你可能需要5000張顯卡，做6個(gè)月才能做出來(lái)，這是對(duì)算力需求比較巨大的增長(zhǎng)。2015年之前，兩次人工智能寒冬，我認(rèn)識(shí)很多博士生，在八十年代初到九十年代中，他們花八年、十年都沒(méi)有拿到博士學(xué)位，現(xiàn)在全民幾乎都在做人工智能、做計(jì)算，三四年就能拿到學(xué)位。
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新時(shí)代，我們說(shuō)計(jì)算里就是生產(chǎn)力，自動(dòng)駕駛到L4的時(shí)候，大概需要2T算力才能到L4駕駛，L5自動(dòng)駕駛需要3-5P的算力。智慧城市，金殿比較發(fā)達(dá)的一線城市，按照今天需要的攝象頭數(shù)量，還需要增加10倍到20倍，同時(shí)目前整個(gè)智慧城市已經(jīng)處理的攝象頭數(shù)據(jù)目前連1%都不到，算力非常大。看一下整個(gè)計(jì)算的擴(kuò)展，過(guò)去在做化合物合成，特別是無(wú)機(jī)物合成、晶體合成，必須做實(shí)驗(yàn)，我讀書的時(shí)候，IDM有一個(gè)博士為了做一個(gè)材料，做4萬(wàn)次，失敗了，他把失敗寫成一篇論壇。在去年的12月份，第一次人內(nèi)在計(jì)算機(jī)上觀察到了多晶硅的結(jié)晶過(guò)程，他把整個(gè)硅圓子的結(jié)晶過(guò)程做成納秒之后，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算，它就來(lái)源于算力。我們對(duì)于計(jì)算算力的需求，在過(guò)去6年期間，特別人工智能和科學(xué)計(jì)算，是按照每3.5個(gè)月算力增長(zhǎng)一倍的需求在往上增長(zhǎng)。
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國(guó)家對(duì)“十四五”的規(guī)劃。芯片是我們的鋼筋混凝土，設(shè)計(jì)師是各種應(yīng)用，你要把房子裝飾城大樓，還是別墅，還是工作室，這是我們做的事情，整個(gè)社會(huì)要進(jìn)行數(shù)字城市、數(shù)字孿生，在大全球不太穩(wěn)定的情況下，數(shù)字孿生對(duì)全球非常重要的是恐怖分子的襲擊、毒氣、炸彈爆炸這些方面的作用。數(shù)字經(jīng)濟(jì)里有一個(gè)觀點(diǎn)，數(shù)據(jù)發(fā)展非常快，大概每年增長(zhǎng)一倍到兩倍的數(shù)字，而且會(huì)越來(lái)越快，數(shù)字和GDP有越來(lái)越正向的關(guān)系，中部現(xiàn)在是邁進(jìn)中等發(fā)達(dá)國(guó)家的節(jié)點(diǎn)，我們?nèi)タ词澜缜叭麛?shù)字算力高的國(guó)家，就是日本、韓國(guó)、美國(guó)，他們會(huì)高很多，賣資源的國(guó)家不算，賣資源的國(guó)家是靠賣老祖宗的地吃飯的。數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基點(diǎn)是4000億，上面還有各種各樣的軟件和應(yīng)用。
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體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家算力水平最高的大裝置是超級(jí)計(jì)算機(jī)，中國(guó)發(fā)展和全世界相比，還處于第一梯隊(duì)，不算第二梯隊(duì)，這里面，日本、中國(guó)和美國(guó)是最重要的發(fā)起競(jìng)爭(zhēng)者，歐洲自己沒(méi)有芯片，歐洲全要依賴美國(guó)那邊給的裝置往下走。日本不太一樣，美國(guó)制裁日本之后，80年代后，日本所有的超算芯片都自己做，沒(méi)有買過(guò)任何國(guó)外芯片。中國(guó)的太湖之光還是蠻厲害的，就在無(wú)錫，算力曾經(jīng)一直排名在世界排名第一梯隊(duì)，蟬聯(lián)四五年時(shí)間。美國(guó)是CPU+GPU的結(jié)構(gòu)。
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中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)量真的很多，但是我們資源太浪費(fèi)，我們數(shù)量是美國(guó)的2.5倍，但是總算力仍然沒(méi)有美國(guó)高，我們有很多小的重復(fù)建設(shè)，沒(méi)有從政府戰(zhàn)略層面做規(guī)劃，這是我們觀察到的結(jié)果。
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再看全世界去年超級(jí)計(jì)算機(jī)的排名，前五名是日本、中國(guó)、美國(guó)，日本是富岳，美國(guó)是上一代的超算，美國(guó)所有的超算都進(jìn)入CPU+GPU階段，意味著他的95%以上算力是GPU提供，CPU只作為輔助控制系統(tǒng)。日本的富岳一期工程，因?yàn)闆](méi)有達(dá)到日本政府的要求，所以說(shuō)二期工程已經(jīng)停掉了，本來(lái)今年應(yīng)該上二期的，預(yù)計(jì)今年實(shí)現(xiàn)億級(jí)計(jì)算。
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GPU是圖形處理器最重要的掌上明珠，為什么這么重要？現(xiàn)在除了CPU之外，提供算力最大的是GPU，全世界將近有5000萬(wàn)程序員可以在上面寫程序。GPU是兩大公司在控制，我們沐曦希望成為世界第三極，形成三國(guó)鼎立，在世界舞臺(tái)上拼搏。
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我們?nèi)ツ?月份成立，現(xiàn)在是15個(gè)月，還沒(méi)有產(chǎn)品，未來(lái)可以看到我們的產(chǎn)品，我們現(xiàn)在在全國(guó)有6個(gè)Office，超過(guò)450人，將近500人，70%是碩士，80%是研究人員、開(kāi)發(fā)人員，10%是博士，發(fā)展本質(zhì)迅猛。我們公司MataX，我們公司的文化，其中有一條講到Teamwork，我們要和上游的供應(yīng)鏈做Teamwork，中芯國(guó)際未來(lái)可能會(huì)提供下游生產(chǎn)的Teamwork，我們希望后面可以和更多伙伴完成生態(tài)的發(fā)展。
我們的市場(chǎng)主要面向高性能計(jì)算、以GPU做核心，展現(xiàn)算力本身的發(fā)展。公司有4大競(jìng)爭(zhēng)力，所有IP，核心GPU IP自研，現(xiàn)在做自研IP的有200多人，軟件會(huì)去兼容生態(tài)，利用前人的生態(tài)，站在前人生態(tài)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大對(duì)客戶的支持。另外我們的創(chuàng)新很多，從去年9月份成立到現(xiàn)在，申請(qǐng)了70個(gè)專利，這是非常訓(xùn)練的過(guò)程。
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