沐曦集成電路：通用算力的需求和機遇

沐曦集成電路（上海）有限公司CTO楊建

12月22日，在無錫舉辦的“中國集成電路設(shè)計業(yè)2021年會暨無錫集成電路產(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楊建帶來主題為《通用算力的需求和機遇》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笸苿訖C器化發(fā)展，以前是用水帶動磨坊磨麥子，后來帶動蒸汽機。第二次工業(yè)革命是電氣化，最大發(fā)明人是愛迪生。第三次工業(yè)革命到現(xiàn)在是信息化、自動化時代，過去幾年，中國自動化發(fā)展的很快。最新的工業(yè)革命時代是智能化，起源于2014年開始的預(yù)算，要感謝他，另一個要感謝的是GPU算力。
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在整個發(fā)展過程中，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。目前中國一年有20萬大學(xué)生畢業(yè)，回到十年前，只有10萬，所以科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力一定是沒錯的方向。
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很早就有計算，比如中國祖沖之的計算圓周率。在二戰(zhàn)的時候、一戰(zhàn)的時候，弧線到落地點要計算，問題并不復(fù)雜，但是在那個時代，只有手搖計算機，沒有電子計算機20年前，計算不發(fā)達，我們計算都是一張一張的表去找的。第一臺電子計算機，每7分鐘就要換一個晶體管，計算過程每7分鐘就要停一下，這是非?？膳碌氖虑?，每次的計算能力只有5000次，但是比手搖計算機已經(jīng)快了3000倍到5000倍，非常快了，差不多可以達到每次做5000次加法的計算?；氐接嬎愕臍v史，計算歷史是以西方開始在研究行星的運動規(guī)律，特別是開普勒發(fā)現(xiàn)行星是橢圓形。根據(jù)某一個點的不規(guī)則，計算另一個行星大概是在什么位置。到了牛頓時代，他用歸納法，上海這邊說中學(xué)生一定要在學(xué)物理和化學(xué)的時候?qū)W會歸納法，這是非?；A(chǔ)的科研方法，牛頓最大的貢獻是天體物理、力的作用用公式化表明，整個世界進入新的時代，是整個現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的鼻祖。到了20世紀(jì)，傳統(tǒng)做實驗方法已經(jīng)被計算方法替代了，計算的時候可以計算更新的物質(zhì)，比如某種化學(xué)反應(yīng)，更小的發(fā)動機?，F(xiàn)在到了2014年之后，進入大數(shù)據(jù)時代，包括智能化時代。
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這是經(jīng)典的科學(xué)計算維度圖，算一個物體，從10的-3/1尺度，到大尺度，最大尺度是航天動力的雷諾系數(shù)，把所有空氣動力學(xué)問題解到的話，按照現(xiàn)在的半導(dǎo)體水平，需要到2080年。2080年，雷諾多希望達到100米，大型航天器都可以利用這個技術(shù)求基，而不需要風(fēng)動。
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過去疫情期間，我們更多的尺度是在納米級上找新冠藥物分子結(jié)構(gòu)，過去兩年發(fā)展非?？欤瑢τ谥袊蟮闹圃飚a(chǎn)業(yè)發(fā)展，比如汽車和飛機，這是制造業(yè)最頂端的兩個東西，中國在未來需要大量的計算做汽車外觀、重量材料。
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下面要講的，其實是一個穩(wěn)流問題，當(dāng)一個流體，這個水看起來不動，是靜態(tài)的，其實不是的，它一直在流動，它是可以計算出來的。右邊的是常見的飛機起落架設(shè)計，我們知道，飛機在降落的時候，它最大的噪音來自于起落架，起飛的時候它展開了，產(chǎn)生了很大的動力，這些東西都需要計算表達。
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過去中國造了世界最大的風(fēng)動，現(xiàn)在中國在造世界最大的數(shù)字風(fēng)動。制造的時候通用算力用網(wǎng)格表達，網(wǎng)格越密，計算精度越高，現(xiàn)在空氣動力學(xué)可以達到2%的精度，我們可以算出來飛機在平流層飛行的時候，某個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，原理飛機場的位置可以把精度降低一點，不需要那么精確。所有的計算有兩種算法，一種是有限元法，一種是有限容積法。最終會展開一個線性方程，線性方程計算量非常大，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，才能達到100米的系數(shù)。
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通用算力是數(shù)字時代的發(fā)動機，關(guān)于燃料問題，燃料在3000年前的《圣經(jīng)》里就記載，說中東有個東西，點燃就可以燃燒。在智能化時代，人工智能這個問題提出的很早，在50年代就提出了，但是一直沒有形成真正的社會推動力，為什么？因為算力缺失，導(dǎo)致沒有算力時代的發(fā)動機。
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2014年，2015年人工智能開始爆發(fā)，2014年，一個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個月才能做出來，這是對算力需求比較巨大的增長。2015年之前，兩次人工智能寒冬，我認(rèn)識很多博士生，在八十年代初到九十年代中，他們花八年、十年都沒有拿到博士學(xué)位，現(xiàn)在全民幾乎都在做人工智能、做計算，三四年就能拿到學(xué)位。
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新時代，我們說計算里就是生產(chǎn)力，自動駕駛到L4的時候，大概需要2T算力才能到L4駕駛，L5自動駕駛需要3-5P的算力。智慧城市，金殿比較發(fā)達的一線城市，按照今天需要的攝象頭數(shù)量，還需要增加10倍到20倍，同時目前整個智慧城市已經(jīng)處理的攝象頭數(shù)據(jù)目前連1%都不到，算力非常大?？匆幌抡麄€計算的擴展，過去在做化合物合成，特別是無機物合成、晶體合成，必須做實驗，我讀書的時候，IDM有一個博士為了做一個材料，做4萬次，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)在計算機上觀察到了多晶硅的結(jié)晶過程，他把整個硅圓子的結(jié)晶過程做成納秒之后，在計算機上實現(xiàn)計算，它就來源于算力。我們對于計算算力的需求，在過去6年期間，特別人工智能和科學(xué)計算，是按照每3.5個月算力增長一倍的需求在往上增長。
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國家對“十四五”的規(guī)劃。芯片是我們的鋼筋混凝土，設(shè)計師是各種應(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，整個社會要進行數(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)濟里有一個觀點，數(shù)據(jù)發(fā)展非?？?，大概每年增長一倍到兩倍的數(shù)字，而且會越來越快，數(shù)字和GDP有越來越正向的關(guān)系，中部現(xiàn)在是邁進中等發(fā)達國家的節(jié)點，我們?nèi)タ词澜缜叭麛?shù)字算力高的國家，就是日本、韓國、美國，他們會高很多，賣資源的國家不算，賣資源的國家是靠賣老祖宗的地吃飯的。數(shù)字經(jīng)濟的基點是4000億，上面還有各種各樣的軟件和應(yīng)用。
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體現(xiàn)一個國家算力水平最高的大裝置是超級計算機，中國發(fā)展和全世界相比，還處于第一梯隊，不算第二梯隊，這里面，日本、中國和美國是最重要的發(fā)起競爭者，歐洲自己沒有芯片，歐洲全要依賴美國那邊給的裝置往下走。日本不太一樣，美國制裁日本之后，80年代后，日本所有的超算芯片都自己做，沒有買過任何國外芯片。中國的太湖之光還是蠻厲害的，就在無錫，算力曾經(jīng)一直排名在世界排名第一梯隊，蟬聯(lián)四五年時間。美國是CPU+GPU的結(jié)構(gòu)。
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中國超級計算機的數(shù)量真的很多，但是我們資源太浪費，我們數(shù)量是美國的2.5倍，但是總算力仍然沒有美國高，我們有很多小的重復(fù)建設(shè)，沒有從政府戰(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計算機的排名，前五名是日本、中國、美國，日本是富岳，美國是上一代的超算，美國所有的超算都進入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，因為沒有達到日本政府的要求，所以說二期工程已經(jīng)停掉了，本來今年應(yīng)該上二期的，預(yù)計今年實現(xiàn)億級計算。
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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，形成三國鼎立，在世界舞臺上拼搏。
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我們?nèi)ツ?月份成立，現(xiàn)在是15個月，還沒有產(chǎn)品，未來可以看到我們的產(chǎn)品，我們現(xiàn)在在全國有6個Office，超過450人，將近500人，70%是碩士，80%是研究人員、開發(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，中芯國際未來可能會提供下游生產(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。

我們的市場主要面向高性能計算、以GPU做核心，展現(xiàn)算力本身的發(fā)展。公司有4大競爭力，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，擴大對客戶的支持。另外我們的創(chuàng)新很多，從去年9月份成立到現(xiàn)在，申請了70個專利，這是非常訓(xùn)練的過程。
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