En función de las diferentes características de sus dispositivos y métodos informáticos, los productos informáticos de las tiendas pueden proporcionar una amplia gama de capacidades de IA, como inferencia y capacitación para aplicaciones del lado de la nube, mejorando la eficiencia informática y reduciendo el consumo de energía del sistema y los costos de los equipos.
1.1 Escenarios de aplicación final
Según IDC, el número de dispositivos IoT en todo el mundo superará los 40 mil millones en 2025, generando.
La cantidad de datos se acerca a los 80 ZB[10], en muchos escenarios, como ciudades inteligentes, hogares inteligentes, conducción autónoma, etc.
Además, varios tipos de dispositivos terminales tienen altos requisitos de tiempo de ejecución, consumo de energía, portabilidad, etc.
Por ejemplo, las gafas/auriculares inteligentes deben garantizar un tiempo de espera a plena carga de más de 16 horas y el consumo máximo de energía operativa de los teléfonos móviles.
El desarrollo futuro de los dispositivos finales se centrará más en la latencia, el consumo de energía, el costo y la privacidad, etc.
características de la demanda, como se muestra en la Figura 1.
1.2 Escenarios de uso en paralelo
Con el rápido aumento de las aplicaciones informáticas de borde, como los juegos en la nube y la telemática, se procesarán cantidades masivas de datos en el borde y el modelo de tráfico se expandirá gradualmente desde el lado de la nube hacia el borde.
Por lo general, se implementan en ubicaciones cercanas a la producción o uso de datos y tienen altos requisitos de disipación de calor. En general.
El desarrollo futuro de los dispositivos de borde se centrará más en las características de la demanda, como la latencia, el consumo de energía, el costo y la versatilidad.
Como se muestra en la Figura 1-2.
En comparación con las soluciones tradicionales, el depósito y la computación en uno tiene ventajas únicas en áreas como el aprendizaje profundo y se pueden comparar con las soluciones tradicionales, el depósito y la computación en uno tienen ventajas únicas en áreas como el aprendizaje profundo y pueden proporcionar.
El índice de eficiencia informática es decenas de veces mayor que el de los dispositivos convencionales, y el chip informático en la tienda puede proporcionarlo a través de la innovación arquitectónica.
Se espera que el rendimiento integral del chip y la placa tenga una amplia gama de aplicaciones en escenarios de razonamiento de borde.
Prestando servicio a una amplia gama de operaciones de Edge Al.
1.3 Escenarios de aplicaciones del lado de la nube
Los datos no estructurados, principalmente imágenes, voz y vídeo, están creciendo a un ritmo elevado. Según las previsiones de IDC, la demanda de potencia informática inteligente aumentará 500 veces para 2030, y los centros informáticos inteligentes con potencia informática de IA como núcleo se convertirán en la corriente principal de la infraestructura de potencia informática, con la construcción intensiva a gran escala de chips de IA que aportarán alta potencia. desafíos de consumo. Los centros de computación inteligente requieren nuevos chips de IA que cumplan con las características de gran potencia informática, gran ancho de banda y bajo consumo de energía en el lado de la nube, como se muestra en la Figura 1-3.
Como tecnología clave de chip de IA de próxima generación para centros informáticos inteligentes, la informática en las tiendas está evolucionando hacia una alta potencia informática, versatilidad y alta precisión informática, y se espera que proporcione potencia informática de IA a gran escala ecológica y energéticamente eficiente para la informática inteligente. centros.
2. Cinco desafíos técnicos en la informática en las tiendas
La tecnología informática de almacenamiento generalizada está pasando gradualmente de la investigación académica a la aplicación comercial, y la informática cercana al almacenamiento y el procesamiento en almacenamiento enfrentan altos umbrales de tecnología de fabricación y embalaje en la fase de implementación del producto. La informática en depósito está menos madura y necesita fortalecerse en muchos aspectos, desde el desarrollo y la fabricación de dispositivos, el diseño de circuitos, la arquitectura de chips, la cadena de herramientas EDA hasta la ecología del software y los algoritmos, lo que requiere una colaboración más estrecha entre todos los segmentos de la cadena industrial.
2.1 Baja madurez de los nuevos dispositivos y dificultad para actualizar los procesos de fabricación
La informática en depósito es una cuestión importante en términos de madurez de los nuevos dispositivos. El uso de dispositivos tradicionales y nuevos son dos formas importantes de implementar la informática en depósito. Si bien los dispositivos tradicionales como NOR Flash y SRAM son relativamente maduros, los dispositivos más nuevos como RRAM, PCM y MRAM tienen características diferentes en términos de consistencia del dispositivo, tiempos de borrado, consumo de energía y confiabilidad, lo que afecta el rendimiento de los productos informáticos en depósito en términos de precisión computacional, vida útil y consumo de energía.
Las líneas de fabricación existentes no se pueden cambiar sin problemas para la introducción de nuevos dispositivos y todavía hay margen para mejorar el nivel de proceso existente. En la etapa de fabricación de chips, los fabricantes deben realizar cambios en las líneas de producción existentes, como la optimización continua de las máscaras, el ajuste de los equipos y otros aspectos. Además, la miniaturización de procesos para nuevos dispositivos no sigue completamente la experiencia de los procesos de transistores existentes, y es difícil equilibrar la alta confiabilidad y la precisión cuando los procesos de nuevos dispositivos son compatibles con procesos avanzados.
2.2 El diseño del circuito afecta la eficiencia informática del chip.
El diseño de circuitos es un determinante central de los beneficios de eficiencia energética de los chips informáticos de memoria, y la tecnología en general aún no está madura. El diseño del circuito se divide en dos partes principales: el núcleo informático de almacenamiento (Macro) y los circuitos periféricos. El diseño de las unidades de almacenamiento y computación y de las conexiones de los circuitos varía de un núcleo a otro, y muchos resultados de investigación y desarrollo de vanguardia tienen distintos niveles de eficiencia y aún no se han depositado técnicamente. El circuito periférico está diseñado para ayudar al chip a lograr una capacidad computacional completa, incluido el procesamiento de la interfaz de entrada y salida y la acumulación de resultados de cálculo de los núcleos, lo que requiere adaptación a los núcleos y un bajo consumo de energía y área. Además, la computación analógica en las tiendas también implica el uso de ADC, DAC, TIA y otros módulos avanzados, que también plantean un desafío en términos de área y consumo de energía.
2.3 Poca versatilidad y escalabilidad de los escenarios de arquitectura de chips
La pequeña cantidad actual de chips informáticos comerciales en depósito son pequeños en términos de potencia computacional y se implementan principalmente para áreas específicas en el lado final, sin una arquitectura de chip madura con gran potencia computacional, que no puede proporcionar un soporte efectivo para impulsar en depósito. productos informáticos a escenarios del lado de la nube. Por un lado, el chip informático actual en las tiendas admite una variedad limitada de operadores, lo que dificulta satisfacer las ricas necesidades informáticas de muchos algoritmos de redes neuronales y carece de versatilidad de escenarios. Por otro lado, faltan mecanismos maduros de colaboración multinúcleo y protocolos y estándares unificados de interconexión en chip y entre chips, lo que dificulta la realización de chips informáticos de gran tamaño.
2.4 La cadena de herramientas EDA aún no es sólida
El diseño de los chips informáticos utilizados en las tiendas difiere significativamente de los chips convencionales, y las actuales herramientas EDA para ayudar en el diseño y la verificación de la simulación aún no están maduras. Esto lo demuestra el hecho de que.
Falta de bibliotecas de células estándar y herramientas de montaje rápido. Diferentes dispositivos de memoria utilizan diferentes estructuras de celdas de memoria y las herramientas EDA existentes no proporcionan una biblioteca completa de celdas estándar para uso de los diseñadores de chips, lo que solo se puede hacer dibujando a mano. Además, los chips informáticos actuales en depósito son ineficaces de producir y faltan herramientas automatizadas que permitan el montaje rápido de conjuntos en depósito a gran escala.
Falta de herramientas para simulación funcional y de desempeño. Actualmente no existen herramientas para optimizar la eficiencia de la simulación para escenarios informáticos en tiendas, lo que requiere mucho tiempo para la verificación funcional y de rendimiento de la informática en tiendas, y es aún más difícil cuando se implementan matrices en tiendas a gran escala.
Falta de herramientas de modelización y evaluación de errores. Un modelado inexacto y una evaluación de errores pueden generar discrepancias entre los resultados reales del cálculo y los resultados deseados; por ejemplo, modelar el ruido del circuito de un dispositivo puede ayudar a los desarrolladores a evaluar sus soluciones y realizar ajustes oportunos durante la fase de diseño. La actual falta de herramientas para modelar el ruido de circuito relacionado con ADC/DAC/TIA en dispositivos en estudios informáticos en tiendas plantea un desafío para la evaluación de soluciones de diseño de chips y su disponibilidad.
2.5 Ecología de algoritmos y software inadecuada
Falta de un entorno de desarrollo común y soporte para compiladores. Para explotar eficazmente el poder aritmético del chip informático de memoria, el compilador necesita asignar la aritmética del modelo de red neuronal a la unidad informática de memoria subyacente.
El problema de hacer coincidir algoritmos de redes neuronales es un desafío. Existen varios esquemas de cuantificación de modelos de redes neuronales convencionales en la industria, que varían según las características del modelo. Además, la informática en las tiendas es adecuada para escenarios de procesamiento altamente paralelos, pero algunas aplicaciones de redes neuronales fragmentan el cálculo de la multiplicación y la acumulación en matrices, y la falta de coincidencia entre el algoritmo y las características computacionales del chip puede conducir a una baja utilización del hardware.
3. Cinco propuestas de desarrollo para la informática en depósito
China Mobile, combinada con los requisitos de desarrollo empresarial de redes aritméticas, presentó propuestas para el desarrollo de la informática en las tiendas y trabajará con la industria para acelerar el proceso de industrialización.
3.1 Recomendación 1: Sinergizar tecnologías de embalaje avanzadas para lograr una combinación de diferentes soluciones
Varios dispositivos de memoria tienen sus propias ventajas en términos de soluciones informáticas en la tienda y se pueden combinar con soluciones informáticas cercanas y de procesamiento en la tienda, como técnicas de empaquetado avanzadas como 2,5D/3D/Chiplet, para lograr un alto grado de integración de chips informáticos en la tienda de diferentes procesos y dispositivos para lograr ventajas complementarias, teniendo en cuenta el costo, la eficiencia energética, el rendimiento, la precisión y la versatilidad, como se muestra en la Figura 3-1. En este proceso, es necesario madurar y hacer compatibles nuevos dispositivos como RRAM, PCM y MRAM con procesos avanzados para aprovechar al máximo sus ventajas, como el bajo consumo de energía y la alta densidad.
Figura 3-1 Ejemplo de un chip avanzado futuro:
3D±t" (izquierda), Ta Koji Ripun (centro), Suwa Hashi Kuni (derecha)
3.2 Recomendación 2 : Optimizar el diseño de la arquitectura de circuitos y chips, para garantizar beneficios de eficiencia energética y capacidad evolutiva
El diseño del circuito y la arquitectura del chip son fundamentales para la eficiencia energética y la versatilidad del DIC. Por un lado, se debe reforzar la capacidad de diseño de circuitos de las matrices de almacenamiento e informática y de los módulos periféricos para garantizar un alto paralelismo general y un bajo consumo de energía del chip y, por otro lado, una evolución sostenible del almacenamiento de uso general. y la arquitectura del chip informático debe construirse para soportar requisitos de potencia informática a mayor escala, más algoritmos y escenarios de aplicación.
3.3 Recomendación 3: Acelerar la incubación de herramientas EDA para acortar el ciclo de desarrollo de chips
La industrialización de la informática en depósito requiere un amplio apoyo de EDA y otras empresas de la cadena industrial. Para garantizar la producción en masa del chip, el diseño del chip, EDA y los fabricantes deben trabajar juntos para crear herramientas EDA que abarquen simulación celular, diseño de confiabilidad, diseño de bajo consumo, diseño de módulos computacionales y otros aspectos para brindar un fuerte soporte para el diseño y verificación de simulación del chip informático en depósito. Además, la integración del almacenamiento y la informática brindará la oportunidad de promover el desarrollo de la industria nacional EDA.
3.4 Recomendación 4 : Construir un marco de programación y ecología del desarrollo para acelerar el desarrollo a escala de aplicaciones
Para promover la aplicación a gran escala de la informática intradepósito, el establecimiento de entornos de desarrollo y plataformas de compilación correspondientes se ha convertido en una demanda inevitable. La industria necesita trabajar en conjunto para promover las ecologías estándar y de código abierto, construir marcos de programación para la computación intra-depósito, mejorar el desarrollo de algoritmos automatizados, las herramientas de simulación y compilación, y construir un diseño de algoritmos y una ecología de desarrollo para la computación intra-depósito y las características de Computación basada en el tiempo.
3.5 Recomendación 5 : Estrecha colaboración entre la industria, el mundo académico y la investigación para promover la evolución desde el extremo hasta la nube
A medida que el alcance de las aplicaciones informáticas en las tiendas pasa del borde al lado de la nube.
La evolución gradual requiere la promoción de una estrecha colaboración entre la industria, el mundo académico y la investigación para establecerse.
Pila de tecnología de extremo a extremo. La informática en la tienda es adecuada para audio y vídeo.
Actualmente se encuentran la conducción autónoma, el análisis de decisiones y muchos otros escenarios de aplicación.
Chips informáticos comerciales NOR Flash, SRAM para uso en tiendas.
Principalmente para voz y vídeo de extremo con requisitos de potencia informática pequeños y medianos.
escenarios de frecuencia, que podrían permitir aún más chips de cálculo grandes de uso general en el futuro.
Comunicación, comprensión del lenguaje natural, conducción autónoma para el borde de la nube.
Este es un servicio informático eficiente para escenarios como este. Por lo tanto, es necesario que la industria, el mundo académico y la investigación colaboren estrechamente.
Trabajamos en estrecha colaboración para construir una plataforma de cooperación en cadena para lograr el vínculo completo entre el desarrollo de dispositivos y chips, la construcción de la cadena de herramientas, la construcción de la ecología del software, las pruebas y aplicaciones del programa de desarrollo industrial.
La empresa ofrece una gama completa de enlaces para el desarrollo de dispositivos y chips, creación de cadenas de herramientas, creación de ecología de software, desarrollo industrial, pruebas y aplicaciones de soluciones.
4. Iniciativas de desarrollo de la industria
En respuesta a los desafíos y problemas que enfrenta el desarrollo de la estrecha integración de almacenamiento e informática, China Mobile, como una nueva red aritmética.
Como líder y practicante del concepto de desarrollo, esperamos cooperar plenamente con nuestros socios en torno a la tecnología, la industria y el trabajo en tres aspectos de la ecología para abrir la cadena industrial en todos los aspectos del almacenamiento y el cálculo y promover el desarrollo ecológico acelerando el proceso de industrialización. y desbloquear verdaderamente el enorme potencial de la tecnología informática y de almacenamiento en términos de rendimiento y costo.
Ayudar al país a lograr innovación tecnológica original y liderazgo en informática.
Explorar conjuntamente las tecnologías centrales de almacenamiento e integración informática. Trabajaremos juntos en tecnologías clave en nuevos materiales, arquitecturas de chips, compiladores y otras áreas, y exploraremos conjuntamente los escenarios de aplicación de almacenamiento e integración informática para apoyar el nuevo camino de desarrollo de la nueva infraestructura informática del país y ayudar a las estrategias de desarrollo de una fuerte la red, la China digital y una sociedad inteligente.
Trabajaremos juntos para acelerar la madurez de la industria del almacenamiento y la contabilidad. Trabajaremos juntos para abordar problemas comunes en la cadena industrial de depósito y contabilidad, promover vínculos efectivos entre la cadena industrial upstream y downstream, la producción, el suministro y la comercialización, mejorar la resiliencia de la cadena industrial, fortalecer la profundidad y amplitud de la penetración de nuevas tecnologías. en la industria, explorar demostraciones experimentales de integración de depósito y contabilidad, y colaborar para promover la innovación y el desarrollo saludable de la cadena industrial.
Promover conjuntamente la prosperidad ecológica del almacenamiento y la integración informática. A través de diversas formas y medios, como el establecimiento de estándares, la promoción del código abierto y la cooperación industrial, aceleraremos la maduración de las tecnologías informáticas y de almacenamiento, aceleraremos la migración de aplicaciones de capa superior y construiremos conjuntamente una ecología industrial próspera desde chips de bajo nivel hasta aplicaciones de capa superior.
