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（原标题：这类芯片五月色图，被东谈主民日报点名！）

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序文

“强化东谈主工智能芯片、算法等关节领域的国产替代，探索可重构、存算一体、超规格高算力智能芯片等新式架构芯片”——东谈主民日报《抢执东谈主工智能发展的历史性机遇》

近日，东谈主民日报刊文《抢执东谈主工智能发展的历史性机遇》，其中绝顶提到一项关节时间——“可重构芯片”，这种被交付厚望的芯片，有望成为AI时间的“加快引擎”。今天，让咱们沿着时间发展头绪，全标的了解那时间旨趣，探究它怎样改动谋划模式。

全系列著述共分为五个篇章，今天为该系列著述的第一篇。

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可重构芯片：数据驱动 动态重构

可重构芯片（Reconfigurable Processing Unit， RPU）是一种大致动态建树谋划资源的新式芯片。该类芯片的中枢在于内含可编程的处理单位及互连网罗，大致基于具体应用的谋划需乞降数据流秉性，在运行经由中哄骗动态重构时间竣事谋划单位、互纠合构和数据通路的动态按需建树，从而以接近“专用电路”（ASIC）的步地进行数据驱动下的谋划。硬件层面的动态重构不仅具有完备的可编程能力，复旧各类算法和应用；而况提供了更精准生动的硬件诊疗能力，大幅提高了芯片的面积效率和能量效率。因此，高能效比、高膨大性和高度的生动性是该类芯片的最大特质。

时间旨趣：高性能谋划芯片中的“变形金刚”

恰是因为这种高度的生动性，曾有媒体将可重构芯片称为芯片界的“变形金刚”，其翻新性体现时两大中枢时间特征：

（1）数据流驱动架构

通过数据流平直驱动芯片谋划和数据传递。与传统CPU的辅导驱动模式不同，其硬件资源（处理单位和互连网罗）由数据流秉性及时动态映射，废除了辅导解码、分支展望等传统支出，能效比提高可达十倍量级。

（2）多档次重构能力

复旧从微架构到电路层的多粒度重构：

谋划单位重构：通过建树参数界说运算器功能（如算子和精度切换）

互连网罗重构：动态诊疗谋划单位间的纠合拓扑

存储系统重构：证据数据探望模式优化缓存分拨策略

可重构芯片的里面结构主要有以下几部分组成：

谋划阵列：由处理单位（PE）阵列组成，每个PE具有多种算术逻辑运算能力，通过可编程互连网罗酿成复杂的数据旅途。

可重构截至器：辐照“建树信息”，动态诊疗谋划阵列的纠合步地和运算模式。这种分袂缱绻（数据流与截至流落寞）使得芯片大致像CPU雷同生动可编程，同期保持接近ASIC的能效。

存储器：分为建树存储器和数据存储器。建树存储器存储谋划阵列“建树信息”；数据存储器存储谋划阵列所需的原始数据、中间数据和收余数据。

图1.可重构芯片基本架构1

动态重构是可重构芯片（RPU）的“中枢杀器”。它以无辅导驱动的数据流谋划步地和动态重构能力，显赫区别于传统CPU和GPU。与CPU的冯·诺依曼辅导驱动架构不同，其硬件资源（处理单位和互连网罗）可平直由数据流映射任务需求，废除了辅导解码和分支展望等辅导支出，能效比更高；比较GPU的固定并行化架构（依赖SIMD/Warp诊疗），可重构芯片通过动态重构复旧多粒度、多类型的并行模式，尤其合适动态负载场景（如AI推理）。可重构芯片的动态重构能力使其在能效、生动性和开拓资本间取得最优着力，尤其合适在算法快速迭代或需求多变的领域应用。因此，可重构芯片也被学术界和产业界视为CPU、FPGA和GPU以外的第四类通用谋划芯片。

可重构谋划进化史：从表面到实施的独特

可重构芯片的发展历程呈现出大众时间演进与国度政策驱动的双重特征。

自1991年“新机器范式”提议可重构谋划架构以来，该领域缓缓从表面参谋走向产业实施：

1997年加州大学伯克利分校启动GARP表情，对可重构谋划架构进行见解考证；

2003年麻省理工学院启动MORPHEUS表情，探索可重构谋划在专用领域的应用。

2006年清华大学成立可重构谋划执行室，参谋可重构谋划表面和架构竣事。

2015年清华大学在可重构芯片方面的参谋恶果荣获国度时间发明二等奖。

同庚，国外半导体时间道路图（ITRS）将可重构芯片列为“往常最具远景芯片架构时间”。

2016年，好意思国电子回话探讨（ERI）明确将可重构谋划（软件界说硬件）列为往常谋划芯片的中枢架构时间。

2017年，国务院在《新一代东谈主工智能发展谈论》中将可重构谋划列入“新一代东谈主工智能关节共性时间体系”，要点复旧其发展。

2017年清华大学团队迤逦动态重构、多粒度交融等关节时间，研制出“Thinker”系列可重构 AI 芯片，实测标明，该芯片运行典型东谈主工智能任务时，能效比显赫高于同类 GPU。Thinker芯片被《麻省理工科技批驳》专题报谈。

2019岁首，清微智能公司的首款可重构芯片，亦然大众第一颗可重构商用芯片大畛域量产。

同庚，赛灵念念推出包含粗粒度可重构阵列（CGRA）架构的Versal系列居品，面向数据中心和高端智能驾驶，算力达到128TOPS。

2020年好意思国SambaNova公司发布基于可重构芯片的DataScale平台，并在多个好意思国多个算力中心、国度执行室和参谋机构畛域部署。

2021年Mobileye公司在L4自动驾驶芯片中镶嵌粗粒度可重构阵列。

2022年谷歌TPU v4借助可重构互连时间竣事算力跃升（同等芯片数目时，处理速率达A100的1.67倍）

2023年日本选拔可重构芯片建造了“富岳（Fugaku）”超等谋划机，名列大众超算排名榜（TOP500）第二名，处理AI任务的性能达到A100集群的6倍。

从这一发展头绪不难知悉，可重构芯片的价值正缓缓得回平凡通晓，并开动在实施中得以深度应用。

可重构芯片往常发展演进

可重构芯片行为下一代谋划范式的中枢载体，将沿着智能化交融与弹性化演进两大主轴深度发展，通过架构创新与跨层时间协同，构建安妥多元场景的算力基座。其演进旅途主要体现时以下三个维度：

架构改动：动态异构与资源复用

多档次重构能力：通过动态档次化重构时间（数据级/张量级/任务级）与夹杂粒度架构缱绻（如粗粒度可编程单位与细粒度加快器协同），竣事谋划资源在时空维度的弹性诊疗与高效复用，迤逦违警律解说谋划负载的资源适配瓶颈。

并行化膨大：复旧从SIMD到数据流驱动的各类化并行模式，联接非冯架构的存算一体化缱绻，显赫提高算法映射效率，尤其适用于寥落谋划、图谋划等复杂场景。

软硬协同：敏捷开拓与智能编译

SDH（软件界说硬件）范式深入：基于建树轻量化经管、运行时自安妥优化及AI驱动的智能编译框架，构建从算法到硬件的敏捷开拓链路，裁汰开拓门槛并提高硬件资源哄骗率。

多模态谋划交融：集成存内谋划、雷同谋划、模拟谋划等新式谋划单位，联接3D集成与光互连时间，竣事能效数目级提高，餍足AI大模子考研推理、旯旮端及时决议等场景的各异化需求。

场景驱动：垂直优化与生态构建

领域专用化演进：针对自动驾驶、工业物联网、生物谋划等垂直领域，酿成可建树模板库与敏捷开拓套件，加快算法-芯片协同优化。

怒放生态延迟：通过多档次编程模子拓展（如RISC-V膨大、Triton框架）建立软硬件解耦生态，鼓励跨平台器具链与开源社区设立，开释长尾应用创新后劲。

结语

《东谈主民日报》说起的可重构芯片，是竣事高算力、高能效智能谋划的有用路子之一。从时间旨趣而言，它通过“软硬件双编程”达成了生动性与高能效的结伴；从发展历程来看，其迤逦既依托国外学术届永远累积的恶果，更离不建国内产学研多年的不息探索。当下，随同后摩尔时间的驾临，可重构芯片将成为处理“性能墙”“存储墙”“功耗墙”辛劳的关节地方。正如谋划机图灵奖得回者Patterson栽种所说：“咱们正干涉谋划架构的另一个黄金时间”，而中国实施的一系列恶果正在阐发，可重构芯片必将在往常的科技发展海浪中演出愈发遑急的变装。

可重构芯片究竟藏有什么“奥密魔法”？为何它是最有远景的AI谋划架构？下一篇著述，咱们将从多维度深度明白其中神秘。

参考贵府

1DE SUTTER B， RAGHAVAN P， LAMBRECHTS A. Coarse-Grained Reconfigurable Array ArchitecturesM/OL//BHATTACHARYYA S S， DEPRETTERE E F， LEUPERS R， 等. Handbook of Signal Processing Systems. Boston， MA: Springer US， 2010: 449-4842020-12-22.

2PODOBAS A， SANO K， MATSUOKA S. A Survey on Coarse-Grained Reconfigurable Architectures From a Performance PerspectiveJ/OL. IEEE Access， 2020， 8: 146719-146743.

3清微智能官网 http://www.tsingmicro.com/

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