后摩爾時(shí)代來(lái)了，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)怎么辦？

與非網(wǎng)7月1日訊 RISC-V中國(guó)峰會(huì)同地論壇在上?？萍即髮W(xué)會(huì)議中心多功能廳順利舉辦。本屆研討會(huì)的主題為“新型計(jì)算架構(gòu)與應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理”，致力于聚焦與新型計(jì)算架構(gòu)和應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理原創(chuàng)性研究、系統(tǒng)應(yīng)用及生態(tài)建設(shè)，包括新的系統(tǒng)架構(gòu)、文件系統(tǒng)、存儲(chǔ)器件、存儲(chǔ)控制器、系統(tǒng)應(yīng)用和驗(yàn)證等等。

RISC-V是一種開(kāi)源指令集架構(gòu)，使用BSD License開(kāi)源協(xié)議，幾乎完全免費(fèi)，其目標(biāo)是成為指令集架構(gòu)領(lǐng)域的Linux，與ARM相庭抗禮。在國(guó)家的助推下，芯片自主創(chuàng)新研發(fā)已是大勢(shì)所趨。而RISC-V開(kāi)源架構(gòu)已得到行業(yè)的積極實(shí)踐與探索，正在成為全球芯片創(chuàng)新的大趨勢(shì)，基于這項(xiàng)靈活開(kāi)放的開(kāi)源芯片技術(shù)，國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)可以有機(jī)會(huì)和歐美芯片公司在同一條起跑線上競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的變道超車。

會(huì)議邀請(qǐng)了來(lái)自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的包括俄亥俄州立大學(xué)的張曉東教授、清華大學(xué)的陸游游研究員、上海交通大學(xué)陳全副教授、UCloud優(yōu)刻得謝建東工程師以及上?？萍即髮W(xué)教授寇煦豐、王春東、范睿和哈亞軍參與。與會(huì)專家和學(xué)者分享了他們目前正在探索的問(wèn)題和發(fā)表的學(xué)術(shù)成果，激發(fā)了同仁和學(xué)生們對(duì)新型計(jì)算架構(gòu)和應(yīng)用相關(guān)的存儲(chǔ)和管理方面的深入思考和探討。本論壇由上?？萍即髮W(xué)和上海市計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)存儲(chǔ)專委會(huì)聯(lián)合舉辦，由上海智能視覺(jué)影像與應(yīng)用工程研究中心和上海高能效與智能定制芯片工程技術(shù)中心承辦，UCloud優(yōu)刻得給予大力支持。

第一個(gè)主旨報(bào)告由俄亥俄州立大學(xué)的張曉東教授做線上報(bào)告，題為Data Managements: Interactions with Computer Architecture and Systems。張教授從計(jì)算機(jī)架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度闡述數(shù)據(jù)管理方面面臨的技術(shù)難點(diǎn)。在摩爾定律和登納德縮放定律即將完結(jié)的時(shí)代下，整個(gè)計(jì)算機(jī)架構(gòu)、算法以及數(shù)據(jù)管理技術(shù)該如何發(fā)展？張教授介紹了計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中的限制因素，并給出在這個(gè)后摩爾時(shí)代，計(jì)算機(jī)生態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)該關(guān)注的技術(shù)點(diǎn)。其中包括專用設(shè)備加速來(lái)保持持續(xù)的性能改進(jìn)；內(nèi)存和 NVM 存儲(chǔ)提供快速數(shù)據(jù)訪問(wèn)；以內(nèi)核為中心的管理是不可持續(xù)的，必須分散過(guò)程控制；需要全面的抽象和自動(dòng)化工具來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活、專業(yè)和包容的特性等。

清華大學(xué)的陸游游教授，報(bào)告題目為持久內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)研究。陸教授介紹了傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)存在的四個(gè)問(wèn)題，包括軟件棧開(kāi)銷、操作系統(tǒng)開(kāi)銷、分布式協(xié)議棧開(kāi)銷以及請(qǐng)求持久化開(kāi)銷。并針對(duì)上述四方面的挑戰(zhàn)，陸教授介紹了他們?cè)诖藛?wèn)題上所思考的關(guān)鍵技術(shù)。首先，在分布式持久性共享內(nèi)存框架的設(shè)計(jì)中，針對(duì)現(xiàn)有的分布式文件系統(tǒng)存在大量的冗余拷貝問(wèn)題，通過(guò)服務(wù)端主動(dòng)式I/O機(jī)制和客戶端主動(dòng)式I/O機(jī)制來(lái)高效執(zhí)行I/O操作，從而降低整個(gè)軟件棧的開(kāi)銷；其次，從用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)協(xié)同文件系統(tǒng)管理的角度來(lái)降低操作系統(tǒng)帶來(lái)的開(kāi)銷。接著，為解決低持久化效率導(dǎo)致系統(tǒng)的吞吐下降問(wèn)題，分享了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)同批量處理技術(shù)。該技術(shù)引入持久性操作日志用于存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)，從而消除元數(shù)據(jù)的冗余更新，降低持久化更新次數(shù)；通過(guò)協(xié)同的傳輸與寫(xiě)回、多核CPU的流水線調(diào)度等技術(shù)，高效保證分配器的一致性。最后，從分布式協(xié)議方面，講述了引入一致性管理遷移機(jī)制，避免交換機(jī)無(wú)法存儲(chǔ)所有的協(xié)議元數(shù)據(jù)；引入崩潰恢復(fù)和丟包處理機(jī)制，保證系統(tǒng)可靠性。

來(lái)自上海交通大學(xué)的陳全副教授的報(bào)告題目為:面向公有云的高可靠虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)。陳教授深入剖析目前公有云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠方面的挑戰(zhàn)。介紹本地存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)過(guò)程中分別帶來(lái)的可靠訪問(wèn)問(wèn)題。他認(rèn)為本地存儲(chǔ)中主要存在現(xiàn)有故障解決方案造成不必要的數(shù)據(jù)損失和低可用性，而遠(yuǎn)程存儲(chǔ)主要存在數(shù)據(jù)一致性風(fēng)險(xiǎn)和故障解決方案的低可用性。通過(guò)可靠虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以高可靠的本地/遠(yuǎn)程存儲(chǔ)訪問(wèn)系統(tǒng)Spool為例，從跨進(jìn)程生命周期日志、快速啟動(dòng)以及故障診斷和處理等角度，分享了他的科研團(tuán)隊(duì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題和解決思路。

UCloud優(yōu)刻得的資深工程師謝建東報(bào)告題為：IPFS 星際存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)和優(yōu)化。IPFS 是一個(gè)全球的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布式文件存儲(chǔ)協(xié)議，是服務(wù)于 Web 3.0 互聯(lián)網(wǎng)的存儲(chǔ)協(xié)議。目標(biāo)是為了補(bǔ)充或者取代超文本傳輸協(xié)議。謝建東分享了UCloud成立以來(lái)所創(chuàng)造的成果。通過(guò)工程手段，追求更好的性能；通過(guò)運(yùn)營(yíng)手段，追求成本和穩(wěn)定性。深入不同用戶場(chǎng)景從而提供最優(yōu)的存儲(chǔ)類型服務(wù)。

茶歇后來(lái)自上海科技大學(xué)的四位專家從新型磁存儲(chǔ)器件和新型存儲(chǔ)管理技術(shù)、針對(duì)邊緣應(yīng)用的硬件加速方案以及針對(duì)數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的GPU加速方案，從EE和CS的兩個(gè)角度展現(xiàn)上科大在新型存儲(chǔ)和加速架構(gòu)方面取得的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究工作。

寇煦豐教授做題為Emerging Non-Volatile Magnetic Memory Technologies for Data-Driving Computing的報(bào)告?？莒阖S教授認(rèn)為將來(lái)的計(jì)算瓶頸是數(shù)據(jù)到邏輯的傳輸，報(bào)告在介紹了各種類型的新興非易失性磁存儲(chǔ)介質(zhì)的原理和存儲(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)上，著重介紹了上科大后摩爾中心圍繞MRAM磁存儲(chǔ)器開(kāi)展的研究進(jìn)展和突破。

王春東教授報(bào)告題為The Tenet of Memory: Following the Prestige，從CS的角度分享了其在非易失內(nèi)存研究中的新發(fā)現(xiàn)，生動(dòng)形象地介紹如何來(lái)降低緩存丟失率，從緩存行管理和查找的角度減少讀放大以獲得高搜索性能，最后分享課題組針對(duì)STT-MRAM的在研工作

范睿教授報(bào)告題為A Round Peg in a Square Hole GPU Computing with Irregular Data。他介紹了目前廣泛應(yīng)用的GPU處理器，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)并介紹了如何來(lái)提升GPU的性能。范睿認(rèn)為新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可實(shí)現(xiàn)高GPU性能，對(duì)于稀疏問(wèn)題也是如此，但很多稀疏問(wèn)題還有待研究，未來(lái)可以考慮使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)協(xié)助優(yōu)化性能。

哈亞軍教授的報(bào)告題目為TAIT: One-Shot Full-Integer Lightweight DNN Quantization via Tunable Activation Imbalance Transfer。報(bào)告從邊緣AI等應(yīng)用場(chǎng)景思考，解決現(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效地部署在邊緣設(shè)備上等問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，輕量級(jí)的DNN是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。輕量級(jí) DNN 采用深度可分離卷積代替?zhèn)鹘y(tǒng)卷積。傳統(tǒng)的卷積融合了水平和垂直方向的信息。相反，深度分離卷積將常規(guī)卷積分為深度卷積和像素卷積；另一種選擇是對(duì)稱量化。哈亞軍教授分享了他們的研究工作TAIT，提出了一個(gè)量化誤差模型。 

論壇Panel Discussion 思辨環(huán)節(jié)，邀請(qǐng)到來(lái)自上?？萍即髮W(xué)硬X射線自由電子激光大科學(xué)裝置SHINE實(shí)驗(yàn)輔助分總體負(fù)責(zé)人懷平研究員，中科院上海高等研究院感知與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室副主任、SKA項(xiàng)目中國(guó)負(fù)責(zé)人祝永新研究員以及上海科技大學(xué)MHPC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任范海巍高級(jí)工程師與幾位報(bào)告嘉賓一起共議新型計(jì)算架構(gòu)和應(yīng)用需求下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。懷平研究員首先發(fā)言，介紹SHINE項(xiàng)目在數(shù)據(jù)在采集、處理和傳輸?shù)雀麟A段的需求，具體表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的TB/s級(jí)高通量、多源頭數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)降噪結(jié)合線下大規(guī)模數(shù)據(jù)分析的多階段處理模式以及超大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸等，進(jìn)而引出大科學(xué)裝置對(duì)數(shù)據(jù)全周期存儲(chǔ)和管理的挑戰(zhàn)。

祝永新研究員首先介紹SKA平方公里陣列在天文觀測(cè)方面的背景知識(shí)，進(jìn)而介紹SKA數(shù)據(jù)在大規(guī)模、高通量基礎(chǔ)上具有海量小文件的特征，并結(jié)合SKA觀測(cè)設(shè)備全球協(xié)作部署和設(shè)備部署的惡劣環(huán)境展現(xiàn)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)、傳輸、共享方面的挑戰(zhàn)。

范海巍高級(jí)工程師則從新型異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的角度介紹了通用/專用混合計(jì)算體系在數(shù)據(jù)不同器件間加載、交換、處理和存儲(chǔ)的特點(diǎn)，分析了傳統(tǒng)計(jì)算存儲(chǔ)架構(gòu)的局限性，并展望了新型架構(gòu)下對(duì)新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方法的渴求。

在幾位學(xué)者從使用者的角度分享了數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和管理方面的角度基礎(chǔ)上，主持人邀請(qǐng)上海交大陳全副教授和UCloud技術(shù)專家謝建東工程師從云存儲(chǔ)系統(tǒng)研究和運(yùn)營(yíng)角度分享技術(shù)進(jìn)展和經(jīng)驗(yàn)，并從數(shù)據(jù)的可靠性、運(yùn)營(yíng)成本、公有云/私有云混合組建等角度進(jìn)一步分析現(xiàn)有技術(shù)的局限性。

思辨環(huán)節(jié)最后邀請(qǐng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)專家清華大學(xué)陸游游教授從學(xué)界和企業(yè)兩個(gè)角度分享觀點(diǎn)，陸教授首先介紹了近計(jì)算存儲(chǔ)、存內(nèi)計(jì)算、原位計(jì)算等降低數(shù)據(jù)交換的研究思路，展現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)層級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的促進(jìn)；然后介紹了針對(duì)新型存儲(chǔ)設(shè)備開(kāi)展的創(chuàng)新性數(shù)據(jù)組織管理思路，展現(xiàn)改進(jìn)文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的幫助；進(jìn)而從操作系統(tǒng)層面介紹了內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)協(xié)作優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的思路。從學(xué)術(shù)界前沿研究到企業(yè)界實(shí)踐探索，多層次的分析了新型計(jì)算架構(gòu)和應(yīng)用需求下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的機(jī)遇。

思辨環(huán)節(jié)由上海科技大學(xué)信息學(xué)院殷樹(shù)教授主持并作結(jié)語(yǔ)：作為RISC-V中國(guó)峰會(huì)同地論壇，“ASSIST2021--新型計(jì)算架構(gòu)和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理”論壇旨在展現(xiàn)新型計(jì)算架構(gòu)浪潮下算力以外的挑戰(zhàn)，展現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理對(duì)計(jì)算系統(tǒng)效率和利用率的影響，凸顯計(jì)算系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)大趨勢(shì)下計(jì)算/存儲(chǔ)協(xié)作設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性。

在RISC-V國(guó)際基金會(huì)的大力支持下， 由中國(guó)科學(xué)院軟件研究所和 上海科技大學(xué)聯(lián)合主辦的RISC-V中國(guó)峰會(huì)將于2021年6月21日至27日在上海科技大學(xué)舉辦。活動(dòng)持續(xù)一周時(shí)間，其中主會(huì)將舉辦三天， 分會(huì)場(chǎng)由張飛實(shí)戰(zhàn)電子、華秋電子和睿思芯科聯(lián)合主辦