如何走出摩尔定律困境-摩尔定律领域的困境与研究方向详细概述.doc

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1、如何走出摩尔定律困境?摩尔定律领域的困境与研究方向详细概述　　计算机体系结构顶会ISCA-18上周结束，图灵奖得主JohnHennessy和DavidPatterson发表特邀报告，展望体系结构新的黄金时代。本届会议近1/3的论文关于神经网络加速器，专用领域架构和软硬件协同设计是最受关注的议题。谷歌、Facebook等非传统硬件公司的存在感也愈发强烈。加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）谢源课题组神经网络架构研究团队博士后胡杏、邓磊、谢新峰、谷芃和刘浏对大会技术趋势做了总结。　　ISCA是计算机体系结构领域的顶级会议，本届ISCA的亮点无疑是新当选的图灵奖得

2、主、体系结构领域的两位宗师级人物JohnL.Hennessy和DavidA.Patterson做的特邀报告。　　本文将先从两位图灵奖得主的报告讲起，总结会议关键技术趋势，展现与会专家的观点与评论，最后对论文接收和子领域热度等会议情况进行介绍。　　从这届会议中可以发现四大关键技术趋势，　　专用架构与软硬件协同设计将是未来专有化架构研究趋势，也将是走出摩尔定律困境一个富有前景的方向；　　神经网络加速器开始从设计走向落地；　　由于Meltdown和Spectre，硬件安全性得到更多关注。安全领域的研究方法除软件、系统，也需要从体系结构的层面来进一步加强；　　R

3、ISC-V为敏捷开发提供了可能，未来可能成为开源硬件的基础。　　　　如何走出摩尔定律困境？Keynote演讲人、FacebookResearch的KimHazelwood博士半开玩笑说，这届ISCA每个keynote前面都要放这张slide，表明了领域的困境与研究方向　　TuringLecture：体系结构迎来新的黄金时代　　在本次大会的图灵讲座（TuringLecture）上，2017年荣获图灵奖的JohnL.Hennessy和DavidA.Patterson首先简要回顾了计算机体系结构的发展史，总结了目前体系结构研究的两大挑战：通用处理器性能提升的停

4、滞和体系结构安全的问题。　　两位演讲者提及到上世纪80年代是体系结构发展的黄金时期，诸如RISC、超标量处理器（superscalar）、多层缓存（multilevelcaches）、预测技术（speculation）、编译器优化（compileroptimization）等等体系结构创新，使得计算机性能每年提升约60%。在上世纪90年代到21世纪初，由于体系结构创新的放缓，计算机性能的提升主要依赖于工艺技术的进步、更高的时钟频率和更大的缓存。　　目前，随着摩尔定律（Moore’sLaw）和登纳德缩放比例定律（DennardScaling）的放缓甚至停滞

5、，单处理器核心的性能每年的提升已降为3%左右。与此同时，近来的计算机漏洞幽灵（Spectre）和融毁（Meltdown），均利用了体系结构设计的缺陷，而体系结构的安全性问题在近几十年来没有得到体系结构研究者和设计者的足够关注。　　　　DavidPatterson（左）与JohnHennessy（右）和与图灵像合影；旁边展示了本届ISCA赞助商，谷歌、微软、亚马逊、Facebook等非传统硬件厂商的存在感在增强　　对于这些挑战，两位演讲者总结了体系结构新的机遇：（1）软硬件协同设计（Hardware/SoftwareCo-Design）和高层专用语言（Hi

6、gh-LevelandDomain-SpecificLanguages）；（2）计算机体系结构安全性的提升；（3）开源体系结构设计（FreeandOpenArchitecturesandOpen-SourceImplementations）；（4）创新的敏捷芯片开发（AgileChipDevelopment）。　　　　这其中（1）强调了专用体系结构（ApplicationSpecificIC/Architecture）和专用编程语言（DomainSpecific）的开发，对于提升特定领域性能、功耗和开发效率的重要性，尤其是神经网络（neuralnetwo

7、rk）、图计算（graphcomputation）等新兴且需要高性能计算的领域。（2）强调了安全应该和性能同样地受到体系结构设计研究的重视，尤其是防止信息泄露和边信道攻击（Side-channelattack）。（3）强调了体系结构设计开源，尤其是指令集架构（InstructionSetArchitecture）开源的重要性。两位演讲者介绍了他们近几年在RISC-V方面所作的工作。最后，（4）强调了怎样缩短芯片开发的时间和成本这两个核心要素。他们认为敏捷开发（Agiledevelopmentprocess）可以使得较小的研究开发组可以反复迭代地在短时间内

8、廉价地开发产品原型。最终的目标是体系结构的研究者可以利用这种开发方式，得以流片（