7月15-16日，第六届集微半导体峰会在厦门国际会议中心酒店举办，本届峰会以“裂变：从混沌到有序”为主题，共计2天。

在16日的“高端通用芯片专场论坛”上，天数智芯首席技术官呂坚平博士以“创新通用GPU启动后摩尔时代 AI-图形 融合”为主题，深刻解读了通用GPU如何赋能AI计算，实现AI与图形在云端系统的融合创新。

从自然语言处理到机器视觉，AI已经成为解决问题方法的典范，小到智能手机、PC、VR/AR等消费电子设备，大到城市智能化、工业自动化、材料和医学研究，以及数字孪生/元宇宙等各个应用领域，通用GPU加持的科学计算，已经成为以数据解决问题的典范（而不是特定应用领域），并持续创造迭代突破，加速商业化。

GPU能够完美匹配各种通用并行计算，尤其是包括AI训练推理、图形渲染以及科学通用计算皆以大量可并行处理的乘加 （MAC, Multiply-Accumulation) 计算为主的新兴应用的计算需求。天数智芯首席技术官呂坚平博士表示：“与传统的CPU和图形GPU不同的是，通用GPU核心数往往要高于CPU几个数量级。而目前，业界所谓的GPU‘核心’（相对于CPU核），事实上只是一条SIMT Lane（单指令多线程跑道），这也是为何GPU号称核数远超过CPU，在CPU擅长的富于指针的应用领域，依然不如CPU的原因。”

而与图形GPU相比，通用GPU也有所不同。尽管通用GPU与其共享同一算力池，但图形GPU在运行图形管线时，只有部分会使用到图形专用硬件，未来也将更加仰赖通用计算；而通用GPU运行计算图谱，也不会用到图形专用硬件，未来的趋势则是更加强调对AI的优化。

呂坚平博士解释到：“通用GPU其实只是GPU的一种用法，但后来，我们开发了GPU的硬件，略掉了图形专用的硬件，保留了通用的部分。虽然GPU可以在图形、AI、通用计算领域充分发挥优势，但这三者目前是处于分裂的状态。这个过程中，对图形的优化往往会导致AI的缺失，对AI的优化往往也会影响图形的优化。但图形渲染本身可微分之后，也可以变成AI的一部分。通用GPU未来就是希望能够各取图形渲染和通用计算所长，将图形及AI变成对方不可或缺的一环。”

从应用的角度来看，AI为何需要持续创新的通用GPU？呂坚平博士引用了2018年图灵奖得主 John Hennessy 及 David Patterson 教授在得奖演说 ”A New Golden Age for Computer Architecture”中指出的判别计算架构赢家的三个准则，即：1、软件的进步启发架构创新；2、提升软硬件界面缔造架构创新机会；3、市场最终摆平架构论争。

除此之外，呂坚平博士认为，“架构赢家主导下一波软件进步”也是进一步圆满架构迭代演进的关键准则。

根据以上四个准则，市场已经认定通用GPU为架构的赢家。呂坚平博士解释到：“因为AI不是某个应用领域，而是解决问题方法的典范。没有适当配置的专用算力将穷于应付层出不穷的崭新算法，提供通用并行算力的通用GPU是唯一被广泛采用开发新AI算法（也就是AI时代的‘软件进步’）的软硬件平台。现在通用GPU可以说是唯一被广泛采用开发新AI的算法的软硬件平台，放眼全世界，所所有试图取代GPU的竞争者，都无法顺利跑通刚从AI学术大会刚出炉的最新AI算法，甚至忙于应付性能测试标准中的基本算法。讽刺的是，被竞争者视为‘不够AI专业’的通用GPU却能应对自如。这也就意味着，AI架构赢家必定坚守通用的准则。”

更何况，AI与图形如今已在云端进行深度融合。如今，图形的极致即元宇宙/数字孪生，往往需要“云-移动端”协同内容生成，这需要与图形高度配合的AI；而讲求“云-移动端”协同图形渲染，也需要能善用AI的图形；也就是说，AI与图形必须在云端融合。但非GPU的架构无法因应AI与图形在云端融合的挑战，反而通用GPU可以追加图形功能，非常适合此类应用。

那么，要如何在通用GPU上开发图形，并兼顾通用计算呢？天数智芯认为，首先，是实现DSA通用化，这能够发挥GPU的持续通用优势，即将专用（DSA）算力迭代融入GPU通用算力池，即能提升效能，又能维持通用及可编程性。其次，通过图形计算化来跨接先进图形，此方法能够让图形充分利用算力，使得图形管线大为简化，图形专用硬件大量减少。而且，简化的图形管线可以实现计算图谱的节点，发展更灵活的渲染演算法，不再受固定管线的限制。

另外，通过计算图形化来提升计算效能，也能够在计算图谱节点之间，实现类似图形管线节点之间非同步运作及芯片内分享数据，达到重叠运算及存取，更能降低芯外存取所产生的功耗。最后，通过硬件微分化来促进AI图形的融合，即将图形硬件可微分，使其融入实现AI算法的计算图谱，将图形渲染纳入AI问题解决典范，从而能够大幅促进AI与图形的融合。

天数智芯旗下的天垓通用GPU，各取图形与通用计算所长，充分整合了GPU的图形、AI与通用计算“三重人格”。呂坚平博士表示：“天垓通用GPU遵循图形走向通用计算的潮流趋势，以成功量产的天垓100通用GPU为坚实基础，并开发了‘云原生’内容生成与图形渲染，能够达到元宇宙/数字孪生所需的AI与图形融合，完美的契合AI图像融合计算的各类应用场景。”

天数智芯是国内GPU领域的领先品牌，公司已于2020年12月便成功点亮国内第一款7nm云端训练通用GPU产品——天垓100，并于2021年3月正式对外发布，截止至2022年3月底，天垓100产品已实现销售订单近2亿元，协助客户落地达两百多应用场景。2022年5月，第二款产品-7nm云边推理芯片“智铠100”成功点亮，产品迭代开发和商业广泛应用遥遥领先国内同行，成为国内少有的GPU领域国产替代的优秀企业。（校对/萨米）