重新思考处理器架构

半导体行业对时钟速度、核心和一块硅片上能容纳多少个晶体管的痴迷，这一次可能即将真正结束。的IEEE该公司表示，将制定设备与系统国际路线图(IRDS)，有效地为未来的硅基准制定行业议程，并添加与特定市场相关的指标，而不是在最小的工艺节点上创建最快的通用处理元件。

这一举措可能会产生重大影响，因为整个行业的公司都开始关注接下来会发生什么。《国际半导体技术路线图》为未来几个工艺节点的半导体发展奠定了基础，该路线图背后的主要参与者目前正在制定IEEE的IRDS。他们计划下周在比利时会面，开始制定一套与各种终端市场更相关的新指标。他们还在多个垂直市场领域组建工作组，处理从神经形态计算到密码学、视频处理和大数据等所有问题，并为每个领域添加高级包装。

“我们将定义不同的应用领域，在这些领域中，架构和设备的选择标准将非常不同，”IEEE重启计算计划联合主席、佐治亚理工学院计算机科学、电气和计算机工程教授汤姆·孔蒂(Tom Conte)说，“对于机器学习，我们一直在以不同的方式运行卷积神经网络gpu，这是低效的。如果你直接以模拟的方式实现它们，它们的效率可以提高1000倍或更多——甚至可能更多。如果你在做搜索优化或模拟，你想要一个不同的架构，看起来不像高性能、低功耗互补金属氧化物半导体．”

随着智能手机市场的疲软和分化，没有单一的“下一个大事件”来取代它，这一观点在整个半导体行业得到了呼应。相反，市场正在分裂成一系列相互连接的垂直切片，通常被定义为物联网，但开发复杂芯片没有明显的规模经济。

“真正的挫折和机会是在这些数万亿节点中，这些节点的要求是超低成本和超低功耗。导师图形．“半导体行业将如何从数万亿美元或数千美分中产生收入?最贴切的说法是，提供最大潜力的是嵌入式视觉。他们愿意多花点钱。在感知点的信号处理量是模糊的，信息的传输是模糊的，数据中心架构可能是有史以来对图像处理、模式识别等事情最糟糕的架构。我们正处于革命的边缘。如果你只看内存，50%的晶体管用于逻辑，50%用于内存。如今，这个数字是99.8%，因为每天有3亿张照片被上传到Facebook，人们以惊人的速度拍摄视频。事实上，你大脑存储的一半是视觉信息。整个计算基础设施还没有为此做好准备。”

这个问题在其他市场领域也有报道。

公司物联网营销副总裁扎克·谢尔比表示:“我们在增强现实中也看到了这一点。手臂．“在手势识别和3D摄像机方面，确实发生了一些有趣的事情。从这些传感器下载移动自然手势识别和模式识别甚至更复杂的东西的挑战将变得非常有趣。将会出现新的计算机架构。我们将如何应对处于边缘的深度学习?我们怎样才能有效地计算呢?我们现有的计算机现在真的非常适合进行深度学习。”

市场增长不均衡
IEEE的倡议对许多芯片制造商特别有吸引力的地方在于，它将简化开发新市场的重要步骤。这些市场中的许多都处于不同的成长和成熟阶段，不同的技术对新技术的采用有很大的影响。例如，早期可穿戴设备的一个问题是，它们试图使用现有的芯片和设备知识产权迫使用户每隔一两天就给它们充电。

也不是所有的市场都以同样的速度运行。医疗被视为未来连接设备的巨大市场机会之一，但它在采用新技术方面的速度远不如工业市场，在工业市场，将阀门和机械连接到互联网可以立即获得回报。

“一些领域的增长速度比其他领域快，”华为代工营销高级总监Kelvin Low表示三星．“晶圆的批量消费不太有吸引力，因为这没有消费类设备那么多。未来有许多用例有望消耗更多的硅。作为晶圆代工厂，我们的主要职责之一是实现从纸张到硅的设计创新。仅仅将14nm技术推广到所有应用领域是没有意义的。有很多物联网可以使用不同进程的应用程序。用例正在迅速变化。”

也许在一些市场中，最大的转变是确定设计的起点。虽然传统上是硬件定义软件，但越来越多的情况是反过来的。

“我们看到越来越多的硬件由软件用例来定义，”微软董事长兼首席执行官Charlie Janac说Arteris．“情况并非总是如此，但这种情况越来越多。这是软件定义的硬件。最大的变化是，以前，人们会拿出一个芯片，程序员会为它编写软件。这是一个很大的变化。”

ARM的谢尔比认为，这种情况在未来最终会发生更大的变化，因为嵌入式开发人员的数量正在增长，而硬件工程师的数量则持平或减少。他说:“到2020年，我们预计将有450万开发人员参与物联网。”“这些开发人员要求从后面拿出一大堆东西。他们希望有安全保障。他们不想编写TLS(传输层安全)堆栈或开发加密设备。我们最好把它送出去，否则他们会去别的地方。”

但这也有一个缺点，这意味着它并不适用于所有领域。Vista Ventures管理合伙人吉姆•霍根说:“软件需要消耗力量。“如果你有软件定义的硬件，你就会消耗更多的能量。”

与众不同的想法
我们所需要的是重新思考系统中的所有部分是如何组合在一起的，以及为什么架构是它们最初的样子。从那以后，该行业在许多方面一直停滞不前摩尔定律第一次创建。

“过去，英特尔只会说下一代处理器会是什么样子，仅此而已，”英特尔工程副总裁徐仁泰说Kilopass．“直到最近，一家高科技公司都会拿出一份规格说明，告诉人们该怎么做。但新的趋势是，人们正在定义他们想要的东西，而不是高科技公司。整个物联网是下一个大事件。统一将是困难的，占据主导地位的参与者填补市场将非常困难。在这种模式下，创新来自于人，科技公司正在执行他们的愿景，并争夺一个规范。”

虽然一些公司将继续推进到5nm，甚至更远，但设备规模与许多基于解决方案的方法无关。即使在与之相关的领域，比如fpga，它们也可能在一些传统市场取代asic。

“现在有一家云服务公司100%使用可编程逻辑进行搜索，”微软的工程副总裁Brad Howe说阿尔特拉(现在是英特尔的一部分)。“这是一种替代方案，使用非传统架构来加速基础设施建设。它们需要被优化。这都是为了缩小应用程序空间。一个标准产品不可能适用于一万个不同的应用。但如果你看看数据中心，你可以缩小范围。如果你看看能源效率，这真的是一个大问题。fpga本质上是节能的，但当你加速它时，你可以比MOS降低10到30倍的功耗。它本质上比软件更节能。”

反之亦然。与成熟的微处理器相比，微控制器可以更有效地处理某些功能，特别是边缘节点。“我们将拥有64位微控制器，可以真正做一些智能的事情，”Hogan说。“但代码堆栈将非常有限。”

这是IEEE IDRS的起点。Conte表示，与仅仅映射工艺节点、材料或光刻技术不同，指标将与市场匹配。举个例子，对于模式识别来说，不只是测量一般的每秒周期，而是用每秒识别的特征或每秒模拟步骤来代替。对于密码学，它是每秒密码子。而对于大数据来说，它将是访问速率，考虑到内存子系统，而不是将其视为一个单独的附加组件。而且，正如Conte所指出的，随着量子密码学的引入，这在很大程度上可能会完全改变——尤其是在安全领域。

结论
其中许多变化已经进行了一段时间，但还没有来自半导体行业的任何自上而下的指示。IEEE为各个市场建立最佳实践和推荐架构的举措增加了一些急需的结构。在此基础上，可以以合理的方式重新建立规模经济。

Mentor的Rhines说:“每当出现洗牌时，我们都会不断提高我们的能力。”“有人提出了一种解决方案，它不能满足你的所有需求，但它足以抓住市场份额，建立起规模，让你进一步降低成本。现在你有了一个标准产品。我预计美国也会这样，但现在我们不知道会是哪一个。”

不过，与此同时，这种不确定性让很多人开始讨论接下来会发生什么。”硅供应商之间的合作将会越来越多。”“在任何市场上，都会有很多新的用例，而这些用例现在还没有。供应链的每个环节都必须团结起来。”

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