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必威、所2023年系列学术活动(第004场):刘杰 教授 湖南大学

发表于: 2023-03-20   点击: 

报告题目:基于非冯·诺依曼新型芯片架构的高速度低功耗分子动力学计算

报 告 人:刘杰 教授 湖南大学

报告时间:2023年3月30日 09:30-10:30

报告地点:数学楼第二报告厅

校内联系人:闫伟 wyanmath01@sina.com


报告摘要:自1946年发明至今,冯·诺依曼架构一直占据统治地位,是CPU、GPU等主流芯片的基础,也是手机、台式机、笔记本、计算服务器、超级计算中心的底层基础架构。目前,需要运行分子动力学计算时,使用冯·诺依曼架构的计算机是几乎所有研究人员的唯一选择,这已成为一种“固有范式”(paradigm)。遗憾的是,冯·诺依曼架构中,计算单元(例如CPU/GPU)和存储单元(例如内存)是互相独立的(即“存算分离”),导致计算总耗时和计算总功耗中的绝大部分(例如>90%)消耗于存储单元、计算单元之间的频繁数据搬运,俗称“存储墙(memory wall)”和“功耗墙(power wall)”瓶颈。这严重制约了计算性能的提升。为解决该问题,刘杰教授团队自主设计了“存算一体”的类脑芯片架构,并基于FPGA研制出了基于新型非冯·诺依曼芯片架构的分子动力学计算系统“NVNMD”(第一版),实现了从传统冯·诺依曼芯片架构向新型非冯·诺依曼芯片架构的“范式转移(paradigm shift)”。NVNMD的核心计算模块中,存储单元和计算单元紧密融为一体(即“存算一体”),避免了频繁的数据搬运,极大缓解了计算中的“存储墙”和“功耗墙”瓶颈。实测表明,相较主流CPU、GPU等传统冯·诺依曼架构芯片,可将计算速度提升大约1-2个数量级;并可将计算功耗降低大约2-3个数量级。


报告人简介:刘杰,1984年出生,美国University of Washington电子工程博士,2017年至今任湖南大学教授、博士生导师、电子系主任。入选中组部海外高层次人才计划、湖南省百人计划等人才项目。曾长期担任美国Synopsys公司硅谷总部高级研发工程师,负责研发亚10纳米高端芯片的设计工具。在国际学术期刊和会议上发表学术论文50多篇;申报第一作者中国发明专利10多项、美国专利和PCT国际专利13项,其中已授权第一发明人美国专利6项。针对CPU/GPU等冯·诺依曼架构传统“存算分离”芯片内禀的“存储墙”瓶颈,设计了基于非冯·诺依曼架构的新型“存算一体”类脑芯片,运行DeePMD计算时,相较CPU/GPU可实现大幅提速(DOI: 10.1038/s41524-022-00773-z)。