【名师讲座】刘杰: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

发布日期:2023-10-23     浏览次数:次   

名师讲座


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

报告时间:2023-10-24 09:00

报告人: 刘杰 教授

湖南大学

报告地点:卢嘉锡202报告厅

转播地点:翔安校区能源材料大楼3号楼会议室5、漳州校区生化主楼307教室

报告摘要:

1946年发明至今,·诺依曼架构一直占据统治地位,是CPU/GPU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(molecular dynamics, MD)计算(包括DeePMD计算)时,使用·诺依曼架构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,·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),导致计算总耗时和总功耗的绝大部分(>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功耗墙(power wall瓶颈。这严重制约了MD计算性能的提升。

为解决该问题,湖南大学研究团队自主研制了基于新型非冯·诺依曼芯片架构的MD计算系统NVNMDNVNMD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MD计算中的存储墙功耗墙瓶颈。因此,相较部署于GPUDeePMD,将计算速度提升了约1-2个数量级;将计算功耗降低了2-3个数量级。

 

报告人简介:

刘杰,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。国家高层次青年人才入选者。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60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,在保持同等精度前提下,相较CPU/GPU可提速多个数量级(DOI: 10.1038/s41524-022-00773-z10.1109/TCSI.2023.3255199)

 

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