后E级时代的新型高能效处理器体系结构

According to the development trend of high-performance computing, post-Exascale (10 EFLOPS) computing era will come at around 2025. At that time, the energy efficiency requirement should be more than 500GFLOPS/W, which is unable to address merely relying on the evolution of the CMOS technology and the microarchitecture optimization based on the control flow architecture. .In this project, an energy-efficient processor architecture is proposed by breaking through the traditional control flow computing architecture. This project will cover following research areas: 1) research on the novel parallel computing model which combines both data flow and control flow computing. 2) research on the high energy-efficient processor architecture. Based on the new parallel computing model, it aims to design a novel processor which combines the data flow and control flow architecture, satisfying the demand of both high performance and high efficiency. 3) research on the high energy-efficient computer architecture based on superconducting devices, which can further improve the energy efficiency. 4) research on the architecture and application codesign in order to verify the advancement of our proposed energy-efficient architecture.

按照高性能计算目前的发展趋势，到2025年左右将进入10EFLOPS性能的后E级计算时代，超级计算机的能效比需求也将达到500GFLOPS/W以上，而单纯依靠CMOS工艺演进以及现有控制流体系结构优化的方式是无法满足这种极高能效比需求的。在本项目中，我们拟突破传统的控制流模式，开展新型高能效处理器体系结构的研究，主要研究内容包括：（1）新型的并行计算模型，拟研究支持控数协同的新型并行计算模型，为高能效处理器体系结构提供理论指导；（2）新型的高能效处理器体系结构，拟研究新型计算模型指导下的控数协同处理器体系结构，兼顾通用性和高能效；（3）基于新器件的高能效体系结构，拟研究基于超导器件的高能效体系结构设计，以进一步提升处理器能效比；（4）高能效体系结构和应用的协同优化，拟研究后E级计算典型应用和控数协同体系结构的协同优化，验证新型高能效体系结构的技术先进性。

当今世界，高性能计算发展水平已经成为衡量一个国家综合国力和国际竞争力的重要指标，是一个国家科技实力的综合体现。本研究旨在研究后 E 级时代的新型高能效处理器体系结构，通过计算模型、体系结构、新器件以及算法与硬件的协同优化四个方面的研究工作，为后E级计算时代的处理器设计提供理论指导与关键技术方案。本项目提出了支持控数协同的新型并行计算模型，设计了新型高能效处理器体系结构，基于超导器件进一步提升了处理器能效，同时进行了高能效体系结构和应用的协同优化。本项目培养了多位创新人才，研究成果被国际计算机体系结构顶级会议或顶级刊物收录，产生了较大的国际影响力，并成功研制出DPU-s芯片和超导CPU芯片。DPU-s芯片已在多个应用领域得到了实际应用。本项目的研究成果为后E时代的新型高能效处理器体系结构提供了新思路。