香港学子在故宫修古建 了解国情报效国家

2019-03-20 21:20:37 金龙生活网
编辑:王建强

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  让内存干CPU的活儿 这项技术将芯片运行速度提升百倍

  实习记者 于紫月

  近日,美国普林斯顿大学研究人员推出了一款新型计算机芯片,其运行速度是传统芯片的百倍。有媒体称其采用了“内存计算”技术,使计算效率得到大幅提升。

  这一神奇的技术到底是什么?它为何能显著提高芯片性能?科技日报记者就此采访了相关专家。

  高度集成,把计算与存储功能合二为一

  对于我们常用的计算机来说,存储器可分为内部存储器和外部存储器。内部存储器,即“内存”,是电脑的主存储器。它的存取速度快,但只能储存临时或少量的数据和程序。

  外部存储器,通常被称为“外存”,它包括硬盘、软盘、光盘、U盘等,通常可永久存储大量数据,如操作系统、应用程序等。当运行某一程序时,处理器(CPU)会先从内存中读取数据,而后将一部分结果写入内存,并选择性地将另一部分结果写入外存进行永久保存。

  也就是说,通常情况下,内存只能存储少量数据,计算机中大部分数据都“住”在外存。当CPU运行程序时就需要调取数据,若调取“住”在内存的数据,则用时较少;若调取“住”在外存的数据,则可能要费些周折。

  因此科学家就想,能否把数据都存在内存里呢?于是,内存计算技术出现了。

  “内存计算技术是伴随着大数据处理技术的兴起而兴盛起来的。在处理大数据过程中,由于数据量极大,处理数据时频繁访问硬盘这些外存会降低运算速度。随着大容量内存技术的兴起,专家开始提出在初始阶段就把数据全部加载到内存中,而后可直接把数据从内存中调取出来,再由处理器进行计算。这样可以省去外存与内存之间的数据调入/调出过程,从而大大提升计算速度。”北京航空航天大学计算机学院教授、中德联合软件研究所所长刘轶告诉科技日报记者。

  “但普林斯顿大学研发团队采用的‘内存计算’技术与上述概念中所指的内存计算并不完全相同。”刘轶说,普林斯顿大学所采用的技术其实是PIM(Process in-memory),通常被翻译为“存内计算”“存算一体”或“计算存储一体化”。

  “PIM技术是指直接在内存中处理数据,而不是把数据从内存读取到处理器中进行处理。”刘轶指出,PIM的技术概念在1990年就已被提出,虽然相关研究论文早已发表出来,但相关技术始终难以落地。

  刘轶认为“难落地”的主要原因在于,PIM技术尚难以达到传统计算机冯?诺依曼结构的灵活性和通用性水平。“目前,学界所提出的PIM技术,只能做某些类别的应用,难以实现灵活编程。”他说。

  可解决“存储墙”问题,大幅提升性能

  在刘轶看来,PIM技术的重要价值在于,其能解决传统计算机结构存在的“存储墙”问题。传统计算机采用的冯?诺依曼结构,需要CPU从内存中取出指令并且执行,某些指令又需要从内存读取数据进行处理,再将结果写回内存。由于处理器所执行的程序和待处理的数据都被存在内存中,这样处理器在运行过程中需要频繁访问内存。随着微电子技术的发展,处理器性能的进步速度逐渐快于内存性能。

  近30年来,处理器性能每年提升55%,而内存访问速度每年仅提升7%。这使得处理器的处理速度远远快于内存的读取速度,直接导致了“存储墙”的出现,严重拖慢了程序执行速度。

  “这好比一个人消化能力很强,饭桌上也有很多食物,但这个人的嗓子眼儿很细,咽不下去。这就使得强大的消化能力‘无用武之地’,也限制了这个人吃东西的速度。”刘轶说。

  “近年来深度学习等新型算法的兴起,对推倒‘存储墙’提出了更迫切的需求。”刘轶指出,新型算法访问内存的模式跟传统模式不太相同,刷脸、图片识别、机器翻译等新型算法往往以类似于人脑的方式实现对复杂数据的处理。由于这类算法涉及的神经元数量多、训练样本量大,这导致在通用计算机上进行深度学习计算的效率比较低。

  为了提高效率,科研人员开发了各种加速部件和专用的深度学习处理器,前者的典型代表是图形处理器(GPU),后者的典型代表有谷歌公司的张量处理器(TPU)、国内的寒武纪处理器等。

  “CPU、GPU等处理器通过总线与内存相连,总线的传输速度决定了计算的效率。”中国自动化学会混合智能专业委员会副主任、复旦大学计算机学院教授张军平告诉科技日报记者,人们正在尝试通过改进,减少数据在总线上的传输次数,提高计算效率。例如,科研人员让CPU具备部分的GPU功能,或使GPU具备一些CPU的功能等。

  刘轶表示,上述改进措施仍然属于冯?诺依曼结构,不能从根本上解决“存储墙”问题。相比之下,PIM技术在解决“存储墙”问题上更具优势。首先,它的计算模式更适合深度学习等新型计算模式;其次,PIM技术避免了冯?诺依曼结构处理器频繁访问内存这一问题,减少了数据传输次数,降低了功耗。

  具有发展潜力,但尚难取代通用处理器

  记者通过查阅资料发现,PIM技术应用最大的难点在于制造工艺。

  PIM技术需要利用先进的半导体工艺将处理器和存储器集成在同一芯片内,使之通过片上网络相互连接。但由于目前处理器与存储器的制造工艺不同,若要在处理器上实现存储器的功能,则可能会降低存储器的存储密度;若要在存储器上实现处理器的功能,则可能会影响处理器的运行速度。

  张军平指出,现阶段内存本身不具备计算功能,因此若想实现内存计算或PIM技术都需要对内存进行重新设计。

  “普林斯顿大学不是专业的芯片公司,其推出的新型芯片可能只是一种技术上的探索,离真正的产业化应用还有相当长的距离。”张军平认为,随着固态硬盘等技术的发展,如果硬盘读写速度足以媲美内存,内存与外存可能被集成为新型大容量高速存储器。未来最理想的情况是,CPU、GPU等多种处理器与大容量高速存储器实现一体化高度集成。

  刘轶强调,普林斯顿大学设计的这种处理器是一种专用处理器,它只针对深度学习应用,无法取代传统的通用处理器。

  “正如华为、苹果等公司推出的高端手机上大多配置了深度学习处理器,但只作为附属部件,核心的计算和处理仍然由通用处理器来完成,只是把特定的任务和计算模块交由深度学习处理器来进行计算,而且是在通用处理器的控制之下完成的。”刘轶说。

  “短期来看,PIM技术只能被用于特定类别的应用场景,难以取代通用处理器。”刘轶认为,从长远来看,如果半导体材料和器件技术无法取得突破,集成电路的摩尔定律将在不久的未来失效,即集成电路芯片内的晶体管数量将停止增长。这会对传统的计算机系统结构乃至计算机硬件和软件产业造成巨大的影响,由此也很可能引发重大的技术变革。当新的计算结构出现时,高度集成化的系统可能会对PIM技术有更多需求,但该技术能否成为主流仍有待观察。

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  “情怀”从加分项变成争议点

  近年来,“情怀”频频出现在综艺节目中,某某剧组的重聚、一个或多个组合的再次同台、经典剧目演员携手当节目指导等,都是很好的“卖点”,有效激发观众内心的那分怀旧情感之余,也给节目带来了话题度。除了综艺节目有“情怀”外,电视剧也打出了情怀牌,在新版剧作中使用曾经的主题曲,让观众“一秒入戏”。但是,也有不少争议的声音认为,情怀这副好牌正被无节制地消费,有的剧组在短短几年间已经一再重聚,“不见惊喜,只剩套路”。

  唱响情怀吸引观众

  “一听就入戏”

  最近,新版《倚天屠龙记》网络热播引来不少关注。该剧首播时,周华健演唱的《刀剑如梦》成为关注焦点之一,有观众表示,因为这首主题曲,“多看了几遍片头才开始看剧情”。

  《刀剑如梦》是1994版马景涛、叶童和周海媚主演的《倚天屠龙记》的片头曲,更是一首经典老歌,如今新版《倚天屠龙记》继续用《刀剑如梦》做片头曲,不少资深金庸剧迷表示“一听就入戏”。今年跨年演唱会上,周华健将《铁血丹心》《天下有情人》《难念的经》《沧海一声笑》《刀剑如梦》等金庸剧经典主题曲串烧演绎,一度登上热搜榜,如今《刀剑如梦》成为新版《倚天屠龙记》片头曲,让观众回忆满满。

  其实,“情怀梗”已经不是第一次出现在金庸剧最新作品中。2017年新版《射雕英雄传》亮相时,就用“情怀”圈了不少粉DD除了让1983版《射雕英雄传》中的“杨康”苗侨伟来新版出演黄药师,新版还用了包括1983版主题曲《铁血丹心》在内的不少老歌。

  从耳熟能详的旋律中走进熟悉的江湖,有观众感慨“情怀满分”,这也让《倚天屠龙记》增加了不少话题。但是,也有观众认为,同类剧作中一再使用“情怀梗”就是一个套路,“不能想想怎么创新吗?”“这样的翻拍有什么意义?不如把旧版拿出来再看一遍!”

  综艺节目经常出现

  “重聚”场面

  “童年回忆!”“这小时候追过的经典!”“看到这些演员再次聚在一起,好感动!”近年来综艺节目中经典影视作品演员“重聚”时,网络上就会出现类似的评论。

  上周末,1997版《天龙八部》剧组主要演员重聚舞台。他们各自以剧中造型现身,观众熟悉的片头曲作背景,阿紫与姐夫乔峰重逢时说了一句“姐夫,22年了”,网友们感慨“原来这部剧已经过去22年了”。

  重聚的并不仅仅是《天龙八部》剧组。据悉,该节目最新一期录制时,《还珠格格》剧组也再次聚首,“老佛爷”和“晴儿”见面时,两人十分激动。

  在《声临其境》节目里,来自《铁齿铜牙纪晓岚》的“铁三角”张国立、王刚、张铁林成为常驻声音指导,三人在台上插科打诨,也让观众似乎回到了追剧的时光。

  此外,偶像养成选秀《创造营2019》公布的导师阵容包括苏有朋、郭富城、胡彦斌和黄立行。伴随着苏有朋的加入,“小虎队”能否合体再度成为话题,节目组表示“正在努力促成”。

  放眼当下国产综艺节目的创作现状,“情怀杀”已经成为它们吸引关注度的利器。近一两年以来,《武林外传》剧组重聚、《我爱我家》主创重聚、《新白娘子传奇》演员重聚、《康熙微服私访记》剧组重聚、《炊事班的故事》主创重聚、1983版《射雕英雄传》剧组重聚等话题,俨然成为国产综艺节目吸引观众的噱头。

  对于这些重聚场面,观众和网友们一度感叹“感动”“泪崩”,在一去不复返的时光中回头看这些青春印记,总能带来一丝感动。

  这些电视剧承载了一代人的记忆,不可否认,这些“情怀”为综艺节目带来了很高的关注度和话题度,俨然成为了节目的“加分项”。

  当“情怀”变成套路,

  还能“加分”吗

  观众发现,“情怀”正慢慢变成套路。

  1983版《射雕英雄传》剧组、《我爱我家》剧组、《新白娘子传奇》剧组、《武林外传》剧组等,在不同的综艺节目上“合体”“重聚”,观众第一次看的时候感慨万千,看多了就不由得嘀咕,“他们怎么又聚啦?”

  相比起来,《红楼梦》剧组相聚次数可能是最多的。据不完全统计,1987版《红楼梦》剧组分别参与过《艺术人生》《影视风云路》《剧说很好看》《天天向上》等综艺节目录制,他们还在各大卫视晚会上通过演唱《枉凝眉》等经典曲目的方式,唤起观众的回忆。看多了《红楼梦》的重聚,观众们逐渐产生了“审美疲劳”,关注度比剧组第一次聚首低了很多。

  不少观众感叹,第一次看到剧组重聚,确实感受到了“情怀”,但如今看多了同类节目,感受慢慢在变化,有质疑声音认为,综艺节目一次次消费“情怀”。比如《天龙八部》剧组重聚后,一方面,观众感慨当年追剧的往事,表达对这部经典作品的喜爱与难以忘怀之情;另一方面,“岁月不饶人,就让美好永远留在回忆中”“情怀杀慢慢变成‘杀情怀’,童年回忆都被撕碎了”“请不要拿我们的回忆过度消费,适可而止好吗”等声音也不绝于耳。

  确实,在过去短短几年里,观众所熟知的经典老剧、经典老歌频频登场,初看之下,观众会觉得怀念经典,再三接触之后,流水线下生产的“集体回忆”也逐渐变了味儿。有分析认为:“炒情怀,本质上与迭代极快的综艺节目市场是相违背的。十年一次的惊喜变成一年一次的感慨,最终只能变成无动于衷。”

  因此,不管是影视剧还是综艺节目,如果一直沿用最轻松、简单的“情怀”套路,只会令情怀泛滥,并逐渐引来观众的漠然甚至反感。从综艺节目来看,“情怀杀”的威力一次弱于一次;从电视剧作来看,最终把观众留在剧作里的依然是引人入胜的剧情和表演,而不是那一首曾经的主题曲。

  (莫斯其格)

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