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从设计到产业,讲一个“完整的芯片故事”

2020-09-03 08:20:41 来源:科技日报

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  范东睿:中国科学院计算技术研究所高通量计算机研究中心主任,北京中科睿芯科技集团有限公司创始人。主要从事众核处理器体系结构研究,目前已在国内外期刊等发表论文100余篇,获授权/受理发明专利50余项。主持和参加了“973”“863”、核高基、自然科学基金重点项目等十多项国家级项目。荣获中国科学院青年科学家奖、国家重大人才计划领军人才、北京市技术发明一等奖、入选科技部创新人才推进计划等。

受访者供图

  很多人对于美国的“信息高速公路”计划并不陌生,可是你听说过“信息高铁”计划吗?

  “为突破美国规划的‘信息高速公路’技术体系制约,中国科学院计算技术研究所(以下简称中科院计算所)提出了符合中国国情的‘信息高铁’计划。”日前接受科技日报记者采访时,中科院计算所高通量计算机研究中心主任、北京中科睿芯科技集团有限公司(以下简称中科睿芯)董事长范东睿兴致勃勃地说起这个大计划,“相比‘信息高速公路’,‘信息高铁’更强调数据处理的吞吐量(计算又快又多又稳)和服务保障(像高铁一样有保障地计算和网络)。而‘信息高铁’的核心属性就是高通量。”

  目前,他们已完成高通量计算机原型系统研制,形成了从芯片、加速卡、一体机到数据中心的一整套高通量产品线。目前已在深度学习、高通量音视频处理等典型场景开展示范应用,未来将逐步拓展到更多行业场景中,让“信息高铁”技术在国民经济主战场发挥重要作用。

  作为“信息高铁”计划的主要执行人之一,从芯片到加速卡再到数据中心,范东睿已经在这条路上走了20年。一切看起来都顺理成章,但他坦言“每一步都经历了要死的状态”,不过“做技术创新、把研究成果落地、创造实际价值的过程太有吸引力,你抑制不住那种冲动”。

  换条路,跑到别人前面 研制我国最早期高处理性能众核芯片

  在中科睿芯标志性的小白楼一楼,一进门展示墙上几枚镶嵌起来的芯片格外引人注目。从第一代芯片到第二代芯片,再到加速卡、服务器,体量变大,逻辑变复杂,产品也从产业链上游延伸到了下游,范东睿十几年的工作和心血都在这里了。

  这也是中国芯片产业发展史的一组特写。2000年,范东睿和几个二十出头的年轻人刚到中科院计算所,给新生开会的李国杰院士说“咱们要做芯片,芯片会很牛”。“我们听得热血沸腾。散了会问李老师谁在做,老师说就你们做啊!但我们谁也不知道怎么做。”范东睿说,那时候高端芯片逻辑设计、物理设计,都是大家完全没接触过的新鲜事物。

  学数学出身、从没接触过硬件的他,从最基础的芯片设计教科书学起。“中科院计算所给了我们非常好的平台,我2000年入学,2002年开始发表学术论文,还出国开会。”范东睿说,他第一次去日本参加CoolChips会议让他“明白了斤两”:“人家每个公司都能展示出创新性很强的芯片,从而共同支撑起了一个大的产业基础。虽然我们在国内做得很出色了,但跟别人比仍有明显的差距。”

  那趟日本之行带给他的收获至今受用:“那次让我体会到两点不容易,一个是生态,生态基本决定一个芯片能不能用起来;另一个是设计,不能先设计再去找用户,必须根据应用场景来做创新设计,做需求驱动的设计。”

  2005年前后,毕业留所的范东睿开始了众核芯片技术路线的研究,继而开展了高通量计算方向的工作,这个选择的价值在日后不断凸显。

  高通量计算擅长“高并发”和“不规则运算”,可以在同等时间内处理更多请求,是不同于传统高性能计算的另一条技术路线。2009年,范东睿带领不到十人的科研小组研发的SmarCo-1(Godson-T)众核处理器成功流片,成为我国最早期的具备高处理性能的众核芯片,这款64核的高端众核处理器相当于“换了个创新性技术路线去处理新兴应用,就跑到别人前面了”。

  2011年,在斯坦福大学举办的HotChips会议上,SmarCo-1与各芯片巨头的最新产品同台亮相,被计算机领域国际知名杂志 MICROPRPCESSOR REPORT 评选为“全球十大服务器处理器”设计之一,为中国在全球众核处理器结构研究领域赢得一席之地,它也是同期入选的唯一出自学术界的众核处理器芯片。

  不让“故事”断片 边做科研边做企业,让技术成果有用

  “成果做到一定程度,就要把它用起来,这好像都写到中科院计算所的基因里了。”范东睿说,这是一条水到渠成的路,“一个年轻人进来,可能前10年都在玩命做基础性研究,但这毕竟是个应用科学,你研究再先进,文章发了几十篇,专利申请几十项,这个时候你说我的技术用不上,这个故事就不完整。”

  但创业只是一个更复杂艰难的新故事的开篇。“完全的平衡是不可能的。”他这样形容一边做科研、一边做企业的生活。科学家进入商场,不适应在所难免,范东睿同样可以举出一堆例证,但“让技术有用”的诱惑太强,他渐渐找到适合自己的节奏。

  “从个人兴趣出发,做产业能发现新机会,把新技术用上去,这个过程给我带来的愉悦感很强。”他说。

  2014年11月,范东睿作为创始人成立了中科睿芯,担任董事长和首席科学家。中科睿芯成立当年就实现盈利,至今每年营收都以300%左右指数级增长,该公司也因此获得了“海淀高科技高成长20强”,成为2019年获此殊荣的唯一做计算机高端芯片与系统的硬科技公司。

  “无论学术论文还是企业收益,其实都是附属品。如果把附属品当作目标来追求,我觉得是舍本逐末。你花人生非常宝贵的精力追求一些很虚无的东西,没把他们用在真正对国家产业有贡献的地方,是没做到位的。”他说。

  “现在我们正努力把‘信息高铁’的事做成。”范东睿说,“信息高铁”是中科院计算所孙凝晖院士力推的项目。

  人类产生的数据量正以惊人速度递增。专业报告预测,从2016年到2025年,全球数据量将出现10倍的增长。范东睿说,在5G智能物联时代,网络连接并发与计算载荷将提升10000倍,要想改变对国外信息基础设施核心器件的依赖,必须从“信息高速公路”的构建转变为具备更强吞吐能力的“信息高铁”的基础设施构建上来,提供以高通量众核芯片与系统为核心技术的高吞吐能力的、强实时的、高确定性的新型信息技术基础设施,实现信息基础设施的全部自主构建能力。“我们做‘信息高铁’,就是要尽量采用自主技术成体系地建设新型基础设施,建成以后,‘信息高铁’站,也就是各种数据中心,可以为关键产业、关键行业提供服务,实现用自己的体系去支撑自己的创新产业。”

  2019年7月31日,首个高通量数据中心在江苏盐城落成并投入应用。该中心拥有1千个计算与存储节点,3万个处理器核,每秒钟能处理1千万路互联网实时传输视频流,而功耗仅为750千瓦,展现出超高能效比。

  “在信息领域谁也不能高枕无忧” 艰苦攀登过程,稍有不慎就可能坠落

  范东睿说,好比登山,他现在还处于艰苦攀登的过程,稍有不慎就可能坠落,“技术芯片只有阶段性的成功或者阶段性的进展,在信息领域谁也不能高枕无忧,很多知名的大公司都曾一夕之间倒掉。”他说。

  回首过去20年间,芯片本身从冷门发展成为如今备受瞩目的焦点,不过范东睿自己好像对此并不是很“敏感”。他说自己单纯就是喜欢研究这个事,能在发现和解决问题的过程中感受到单纯又富足的乐趣。跟随中国芯片从无到有、起起伏伏,见证环境变迁,他既是参与甚至掀起芯片热潮的人,也在热潮之外。

  在这个前所未有敏感和重要的行业,他说自己“不太可能歇一歇脚”。他提到,李国杰院士、高光荣老师至今还会发邮件,推荐一些文章给他读,孙凝晖院士经常与他讨论学术思想和具体技术难题。学术的传承和家国的传统在中科院计算所走出的一代代人身上完整保留。

  “现在希望通过‘信息高铁’的建设,真正把创新型产业的应用从底层的芯片、主机等物理基础设施、到平台层的软件、再到上层的应用服务全部打通。这可能是我们能为国家作的最直接的贡献。”范东睿说。(记者 崔爽)

编辑:姚怡梦

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