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作者：新思科技Synopsys 2021年，疫情使遠程工作和在線學習模式成為常態，對更高計算能力和更少延遲的需求大幅增加，高性能計算（HPC）市場因此得到了超出預期的高速發展。未來將有更多行業需要芯片互聯架構與高速網絡，HPC市場也將進一步擴張。 新應用領域層出不窮 去年，HPC更多地被用于疫苗生產。未來，HPC除在醫學研究和監測領域繼續發揮作用外，也將在在新市場中進一步拓展。 全球災難性氣候事件正在不斷增加，提前預測此類事件對保護人類安全越來越重要，因此未來一年與氣候預測相關的應用程序將在HPC領域備受關注。此外，隨著HPC在云端的使用，將有更多HPC應用于消費導向的軟件程序開發，虛擬世界和元宇宙概念的出現，也讓HPC迎來新的發展機遇，既可用于游戲（AR/VR）等娛樂應用，也可用于數字孿生等模擬應用。 現在被邊緣化的HPC將成為未來的主流。工業部門將在機器人、視覺系統和預防性維護及監控中使用HPC，例如將HPC用于解決裝配線上的預定或預測故障。除此之外，基本上所有需要計算能力并將設備用于減少停機需求的工業領域都可以使用HPC。 HPC市場正在擴展新的領域，在傳統的模擬和建模過程中加入人工智能（AI）和數據分析技術。新冠疫情的爆發增加了對靈活、可擴展的云端HPC解決方案的需求，這一需求連同各個垂直行業（生命科學、汽車、金融、游戲、制造業、航空航天等）對快速處理數據和高精度日益增長的需求，將會是未來幾年推動HPC應用增長的主要因素。AI、邊緣計算、5G和Wi-Fi 6等技術將拓寬HPC的功能，從而形成新的芯片/系統架構，為各個行業提供高效處理和分析能力。 Susheel Tadikonda | 新思科技系統設計事業部工程副總裁 提高HPC安全性將成為關鍵 2022年要處理的數據量將成倍增長，數據的價值也將大幅提升。安全性應是設計HPC組件時的基本要素，而確保安全性也將是開發者今后面臨的最大設計挑戰之一。 HPC系統包含高度定制化的硬件和軟件棧，可在性能優化、能效和互操作性等方面進行調整。設計和保護具有獨特使用模式和獨特組件的此類系統是通用計算系統的差異所在。HPC系統的安全威脅不僅限于網絡或存儲數據泄露，還包括側信道攻擊，如從電源狀態、排放物和處理器等待時間推斷數據模式。更多創新將圍繞內存和存儲技術、智能互連、芯片功能安全和云安全展開，以便高效管理海量數據。涵蓋系統生命周期架構、設計和芯片后組件的安全驗證將成為安全保證中最重要的部分之一。 零信任框架也將被更廣泛采用，這意味著希望訪問數據的人需要進行身份驗證，并證明其有數據訪問權限。我們預計未來一年左右，零信任框架將逐漸擴大落地規模。事實上，我們已經看到一些必要硬件的投入使用。此外，基礎設施內的每個元素中都將嵌入信任根，以便各組件之間相互驗證，并確保設備在與其他設備共享數據之前擁有數據使用和處理權限。 當市場整體的數字化程度提升，則安全風險也將隨之增加。越來越多的高性能計算正在遠離數據中心，這將直接導致無法通過軟件補丁處理的攻擊數量增加。這給開發團隊帶來巨大壓力，迫使他們緊急推出硬件來解決這些問題，由此縮短硬件設計周期。因此提高開發者的生產效率以緊跟上市需求的步伐將成為下一步布局重點。 Ruben Molina | 新思科技芯片實現事業部產品營銷總監 HPC處理器架構多樣化 隨著數據量增加，不僅是安全性，基礎設施存儲以及數據處理的算力必須得到提升。此外，新的架構包括3DIC和芯片間的連接也是推動新需求所必需的。 受到不斷變化的AI工作負載、靈活的計算（CPU、GPU、FPGA、DPU等）、成本、內存和IO吞吐量等因素共同驅動，HPC架構正在經歷巨變。微架構層面變得互連更快、計算密度更高存儲可拓展、基礎設施效率更高、生態友好性、空間管理和安全性更高。從系統的角度來看，下一代HPC架構將出現分解架構和異構系統的爆炸式增長，不同的專用處理架構將集成在單個節點中，在模塊之間實現精密、靈活的切換。如此復雜的系統也帶來了巨大的驗證挑戰，尤其是系統的IP或節點、軟硬件動態協調、基于工作負載的性能、電源等相關驗證。要滿足這些驗證需求，需要開發新的軟硬件驗證方法。 移動數據對電力和時間有很大的需求，這是系統管理者現在面臨的挑戰之一，減少數據移動量將成為未來的一種趨勢。我們需要繼續擴展資源，利用高級封裝和芯片間接口來支持更高性能的設備，即通過使用多裸晶來擴展設備內的處理能力，這在未來一年內有望真正實現。 Scott Durrant | 新思科技解決方案事業部戰略營銷經理 除了通過將數據移動到更靠近處理元件的位置來減少延遲之外，多裸晶集成還能將多個芯片組合到一個封裝中以擴展計算能力，且這一過程無需負擔尖端工藝技術的成本。要實現這一點，開發者需要能夠對封裝內多個芯片的時序和功率進行布局規劃、布線和分析。另一種擴展計算能力的方法是為特定任務定制計算架構。半導體公司已經開始將此方法用于網絡處理器和圖形應用程序，但要將其正確用于RTL，需要進行大量前期架構探索，并將大量精力放在早期設計周期中可以權衡這些的工具上。 此外，類似3DIC的架構正成為處理特定計算路徑的關鍵。開發者可以使用3DIC和 die-to-die 連接來設計封裝，然后將其從特定組件外推到發生內存系統分解的機器上，從而為我們用不同類型的設計和架構來處理特定工作流任務提供了專門路徑。 2022年，HPC的應用場景將更加廣泛，在著重提升HPC安全性的同時，還必須同步提升基礎設施存儲及數據計算能力，以應對不斷增加并復雜化的市場需求。 |
