存算一体成为突破算力瓶颈的关键技术？-编程知识

存算一体成为突破算力瓶颈的关键技术？

大模型的训练和推理需要高性能的算力支持。以ChatGPT为例，据估算，在训练方面，1746亿参数的GPT-3模型大约需要375-625台8卡DGX A100服务器训练10天左右，对应A100 GPU数量约3000-5000张。

在推理方面，如果以A100 GPU单卡单字输出需要350ms为基准计算，假设每日访问客户数量高达5,000万人时，按单客户每日发问ChatGPT应用10次，单次需要50字回答，则每日消耗GPU的计算时间将会高达243万个小时，对应的GPU需求数量将超过10万个。

大模型的训练和推理依赖通用GPU

算力即计算能力，具体指硬件对数据收集、传输、计算和存储的能力，算力的大小表明了对数字化信息处理能力的强弱，常用计量单位是FLOPS（Floating-point operations per second），表示每秒浮点运算次数。

当前大模型的训练和推理多采用GPGPU。GPGPU是一种由 GPU 去除图形处理和输出，仅保留科学计算、AI训练和推理功能的GPU。GPU芯片最初用于计算机系统图像显示的运算，但因其相比于擅长横向计算的CPU更擅长于并行计算，在涉及到大量的矩阵或向量计算的AI计算中很有优势，GPGPU应运而生。

在这波ChatGPT浪潮中长期押注AI的英伟达可以说受益最多，ChatGPT、包括各种大模型的训练和推理，基本都采用英伟达的GPU。目前国内多个厂商都在布局GPGPU，包括天数智芯、燧原科技、壁仞科技、登临科技等，不过当前还较少能够应用于大模型。

事实上业界认为，随着模型参数越来越大，GPU在提供算力支持上也存在瓶颈。在GPT-2之前的模型时代，GPU内存还能满足AI大模型的需求，近年来，随着Transformer模型的大规模发展和应用，模型大小每两年平均增长240倍，实际上GPT-3等大模型的参数增长已经超过了GPU内存的增长。传统的设计趋势已经不能适应当前的需求，芯片内部、芯片之间或AI加速器之间的通信成为了AI计算的瓶颈。

存算一体技术如何突破算力瓶颈

而存算一体作为一种新型架构形式受到关注，存算一体将存储和计算有机结合，直接在存储单元中处理数据，避免了在存储单元和计算单元之间频繁转移数据，减少了不必要的数据搬移造成的开销，不仅大幅降低了功耗，还可以利用存储单元进行逻辑计算提高算力，显著提升计算效率。

大模型的训练和部署不仅对算力提出了高要求，对能耗的要求也很高，从这个角度来看，存算一体降低功耗，提升计算效率等特性在大模型方面确实更具优势。

因为独具优势，过去几年已经有众多企业进入到存算一体领域，包括知存科技、千芯科技、苹芯科技、后摩智能、亿铸科技等。各企业的技术方向也有所不同，从介质层面来看，有的采用NOR Flash，有的采用SRAM，也有的采用RRAM。

从目前的情况来看，基于NOR Flash的存算一体产品，在算力上难以做大，应用场景主要是对算力要求不高，对功耗要求高的可穿戴设备等领域；基于SRAM的存算一体算力可以更大些，能够用于自动驾驶领域；而真正能够在算力上实现突破，可以称之为大算力AI芯片的，目前只有亿铸科技主推的基于RRAM的存算一体技术。

在大模型对大算力的需求背景下，亿铸科技近期更是提出了存算一体超异构计算。超异构计算能够把更多的异构计算整合重构，从而各类型处理器间充分地、灵活地进行数据交互而形成的计算。

简单来说，就是结合DSA、GPU、CPU、CIM等多个类型引擎的优势，实现性能的飞跃：DSA负责相对确定的大计算量的工作；GPU负责应用层有一些性能敏感的并且有一定弹性的工作；CPU啥都能干，负责兜底；CIM就是存内计算，超异构和普通异构的主要区别就是加入了CIM，由此可以实现同等算力，更低能耗，同等能耗，更高算力。另外，CIM由于器件的优势，能负担比DSA更大的算力。

亿铸科技创始人、董事长兼CEO熊大鹏博士表示,存算一体超异构计算的好处在于：一是在系统层,能够把整体的效率做到最优；二是在软件层,能够实现跨平台架构统一。

基于存算一体超异构概念，亿铸科技提出了自己的技术畅想：若能把新型忆阻器技术(RRAM)、存算一体架构、芯粒技术（Chiplet）、3D封装等技术结合，将会实现更大的有效算力、放置更多的参数、实现更高的能效比、更好的软件兼容性、从而突破性能瓶颈，抬高AI大算力芯片的发展天花板。