將存儲與計算融為一體，這有別于過去70年計算機(jī)一直在遵循的馮·諾依曼架構(gòu)設(shè)計，如今全球走入人工智能時代，計算場景對于高帶寬、低功耗的需求走高，業(yè)界對于“存算一體”概念的關(guān)注度也隨之走高。最近，阿里達(dá)摩院的一項(xiàng)研究產(chǎn)出將這一概念再度推上熱門話題：阿里云在一份聲明中透露，阿里達(dá)摩院成功研發(fā)存算一體AI芯片，阿里云表示，這是世界上首款基于DRAM的3D鍵合堆疊存算一體芯片。

拉近距離——相互共存——融為一體，存算一體芯片正沿著這樣的技術(shù)路線不斷發(fā)展。

打破存儲與計算間的那道“墻”

在馮·諾依曼架構(gòu)下，數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，中間要經(jīng)過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸。存算一體芯片是將存儲和計算結(jié)合在一起，直接利用存儲單元進(jìn)行計算，可以有效解決數(shù)據(jù)從存儲器向處理器傳輸產(chǎn)生的“存儲墻瓶頸”和“功耗墻瓶頸”?！按嫠阋惑w化技術(shù)是顛覆傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)的存在，是未來趨勢?！辟惖现菐煨畔⒒c軟件產(chǎn)業(yè)研究所高級咨詢師鐘新龍向《中國電子報》記者指出。

存算一體概念的提出最早可追溯到20世紀(jì)60年代，受限于芯片設(shè)計復(fù)雜程度、制造成本以及需求驅(qū)動等問題，在業(yè)界一直不溫不火。近五年，全球走入人工智能技術(shù)火熱，存算一體在帶寬與功耗上的優(yōu)勢，被認(rèn)為是解決AI特定場景需求的關(guān)鍵。國內(nèi)外在存算一體方面都還處于起步階段，這種架構(gòu)也處于學(xué)術(shù)界向工業(yè)界遷移的關(guān)鍵時期。國內(nèi)知存科技、蘋芯科技、九天睿芯、后摩智能、合肥恒爍、閃憶科技、新憶科技、杭州智芯科等企業(yè)潛心研究存算一體AI芯片。國外的三星和Myhtic也是該領(lǐng)域的重要參與者。

存算一體“三步走”

對于廣義上計算存儲一體化架構(gòu)的發(fā)展，計算存儲一體化的研究并非一蹴而就。阿里達(dá)摩院認(rèn)為，存算一體正在遵循“三步走戰(zhàn)略”發(fā)展。

第一步是近期策略，關(guān)鍵在于通過芯片設(shè)計、集成、封裝，拉近存儲單元與計算單元的距離、增加帶寬、降低數(shù)據(jù)搬運(yùn)的代價、緩解由于數(shù)據(jù)搬運(yùn)產(chǎn)生的瓶頸。阿里達(dá)摩院稱之為“近存芯片”，也就是此次研發(fā)出的基于DRAM的3D鍵合堆疊存算一體芯片。

第二步是中期規(guī)劃，通過架構(gòu)方面的創(chuàng)新，設(shè)存儲器于計算單元中或者置計算單元于存儲模塊內(nèi)，實(shí)現(xiàn)計算和存儲你中有我,我中有你。第三步是遠(yuǎn)期展望，通過器件層面的創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)器件既是存儲單元也是計算單元，不分彼此,融合一體，成為真正的計算存儲一體化。

“從實(shí)驗(yàn)性產(chǎn)品到消費(fèi)級、企業(yè)級市場的大規(guī)模應(yīng)用普及，可能需要十年甚至更長的時間來實(shí)現(xiàn)技術(shù)迭代優(yōu)化，不斷完善。”鐘新龍對記者說道。

賽迪顧問人工智能產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師徐暢指出，存算一體芯片聚焦于低延遲、低功耗、高算力需求的邊緣計算領(lǐng)域，適用于深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是使用電池供電的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備領(lǐng)域，如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、智能家居、無人機(jī)、智能攝像頭、助聽器等。

鐘新龍認(rèn)為，存算一體芯片在海量數(shù)據(jù)計算場景中擁有天然的優(yōu)勢，在終端、邊緣端以及云端都有廣闊的應(yīng)用前景。例如VR/AR、無人駕駛、天文數(shù)據(jù)計算、遙感影像數(shù)據(jù)分析等場景中，存算一體芯片都可以發(fā)揮高帶寬、低功耗的優(yōu)勢。未來，存算一體技術(shù)還將成為類腦計算的關(guān)鍵助力。