2024年通用计算根技术发展与应用白皮书.docx

通用计算根技术发展与应用白皮书

WhitePaperontheDevelopmentandApplicationofUniversalComputingRootTechnology

中国计算机行业协会

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信百会研究院

HUAWEI

2024年9月

序言一

从1946年世界上第一台电子计算机ENIAC诞生开始，信息技术不断加速发展，经历了多个发展阶段，已成为一个庞大的技术体系。信息产品和服务在技术驱动和应用拉动的双重作用下，造就了无数商业奇迹，创造了巨大的经济价值。信息产业成为最重要的产业门类之一，丰富和拓展了人类经济活动的历史和边界。信息技术的应用由浅入深，各种信息产品从辅助人的计算劳动，发展到能够辅助或替代部分人的智力劳动和决策活动。时至今日，算力建设风起云涌，计算从促进生产力的工具，正在逐步转变为新质生产力本身。信息化进程波澜壮阔，一个以计算能力为基础的感知万物、连接万物、为万物赋智的智能时代正加速到来，日益清晰地出现在我们眼前。

01通用计算是信息技术发展进步的主轴

在计算技术发展的历程中，始终存在着通用和专用两种产品定位和研发导向。专用计算的优点是对特定问题计算效率高、工作更快、功耗更低，而缺点在于灵活性不足，仅适用于一种场景，应用范围窄。早期的电子计算机都是为特定算法量身定制的，很难适应其他算法。比如ENIAC虽然在理论上是通用计算机，但它主要用于计算火炮的弹道射程表，如果需要计算不同的问题，就必须依靠人工调整接线来改变电路结构。冯·诺依曼架构的出现改变了这种局面，使计算机可以在通用硬件平台上执行多种不同的算法，奠定了通用计算的基础。通用计算的优点是实现了软件和硬件的解耦。硬件工程师可以不用关心具体场景，集中精力做好处理器的微架构和实现；软件工程师可以不用关心硬件细节，专注于软件编程，从而降低了开发的难度，使得软硬件都能实现轻装上阵。

2017年图灵奖的获得者JohnHennessy和DavidPatterson曾提出计算机体系结构的五个时代，即晶体管无指令集时代、小规模和中等规模集成电路时代指令集架构出现、大规模和超大规模集成电路时代CISC和RISC的竞争、超大规模集成电路的多核处理器并行时代、超大规模的领域专用处理器（DSA）时代。从这个阶段划分可以看到，从大规模集成电路时代开始，通用计算就成为整个计算技术发展的主线，占据了压倒性的优势。这是供应和需求两方在技术、成本等多种现实因素约束下共同做出的最优选择，并在此基础上构建了今天体量庞大蓬勃兴盛的信息技术产业群。

回顾信息技术产业的发展历程，没有任何一个理论，能比1965年提出的摩尔定律更准确地刻画了通用计算产业发展的基本特征，更深刻地揭示了通用计算发展的内在机制。产业界沿着摩尔定律的预期和愿景经历了几十年的快速增长，晶体管密度和处理器性能获得了数百亿倍的提升，造就了一代又一代通用计算发展高峰，使得信息技术的革命性作用成为可能。美国麻省理工学院NeilC.Thompson认为，计算技术是美国繁荣的最大贡献者之一，自1974年以来美国总生产力增长的三分之一来自信息技术，没有任何其它技术的进步速度和带动作用能与之相比。

摩尔定律是通用计算发展的主线，但如果只有计算性能的提升，还不足以支撑通用计算的成功。通用计算的发展并非是一个线性增长的直线进程，而是与专用计算密切关联不断交会互促互鉴。1987年，原日立公司

总工程师牧本次生(TsugioMakimoto)提出，集成电路发展过程中，芯片产品总是在“标准化”与“定制化”之间交替摆动，大概每十年波动一次。牧本波动（MakimotosWave）揭示了产业界始终在围绕计算的性能、功耗、适用性和灵活性等各方面能力的提升进行多方面的探索，并最终体现为通用计算的功能不断丰富，技术升级换代，多种路线并存，成为全球信息化发展的技术底座。

02通用计算已成为大国满足发展和安全需求的竞争焦点

从现代经济增长理论的视角看，技术进步是经济增长的源泉之一，而长期的经济增长是由少数几种关键技术所推动的，这也就是斯坦福大学Bresnahan和特拉维夫大学Trajtenberg在1992年首次提出的通用目的技术（GeneralPurposeTechnology，简称GPT）。区别于仅用于某些具体用途的专用目的技术（Speci?cPurposeTechnology），GPT的应用范围通常十分广泛，因而它们对经济的作用是整体性的。例如，蒸汽机、电力技术、计算机就是最典型的通用目的技术。

通用目的技术有三个基本特性。一是普遍适用性(Pervasiveness)，指该技术能广泛应用到各行