雖然摩爾定律在放緩，但集成度仍然不斷增加，消費(fèi)類產(chǎn)品旗艦設(shè)備所用的處理器動(dòng)輒集成數(shù)十億晶體管，如果對(duì)處理器及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)沒有深入了解，工程師將很難讓這數(shù)十億晶體管完全發(fā)揮出效力。在PC時(shí)代之后，計(jì)算設(shè)備的形態(tài)越來(lái)越多樣化。小到電池供電的物聯(lián)網(wǎng)終端，大到數(shù)據(jù)中心與超級(jí)計(jì)算機(jī)，介于二者之間的中等規(guī)模計(jì)算系統(tǒng)更是數(shù)不勝數(shù)。計(jì)算架構(gòu)上也是百花齊放，傳統(tǒng)CPU是標(biāo)量（Scalar）計(jì)算，GPU是向量（Vector）計(jì)算的代表，現(xiàn)在的AI加速器多是矩陣（Matrix）計(jì)算，F(xiàn)PGA則可被視為空間（Spatial）計(jì)算。設(shè)備形態(tài)與計(jì)算架構(gòu)的多樣化，給軟件工程師的工作帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。
為碼農(nóng)工作的碼農(nóng)
被俗稱為“碼農(nóng)”的軟件工程師群體素以學(xué)習(xí)能力強(qiáng)著稱，但對(duì)大多數(shù)軟件工程師而言，能夠精通一種架構(gòu)已經(jīng)不易，跨平臺(tái)開發(fā)通常難以達(dá)到很好的效果，而且如今技術(shù)演進(jìn)速度太快，如果每一種新架構(gòu)都要去學(xué)習(xí)，將讓多數(shù)工程師不堪重負(fù)。“如果讓開發(fā)者都直接針對(duì)SVMS（即標(biāo)量、向量、矩陣和空間）架構(gòu)編程，每出一個(gè)新技術(shù)都要跟上，大家學(xué)也學(xué)不及，趕也趕不及。”英特爾機(jī)器學(xué)習(xí)首席工程師林曉東就這樣解釋軟件工程師所面臨的困境。
英特爾亞太研發(fā)中心總經(jīng)理盧炬也表示，我們正在進(jìn)入一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心、計(jì)算多元化的時(shí)代，計(jì)算架構(gòu)在從CPU向xPU擴(kuò)展。因?yàn)椴辉偈菃我坏腃PU架構(gòu)，就需要工程師把不同的計(jì)算架構(gòu)，與不同應(yīng)用場(chǎng)景的工作負(fù)載整合到一起，軟硬結(jié)合以發(fā)揮系統(tǒng)配置在具體應(yīng)用場(chǎng)景的最佳性能，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，這其中“軟件起了最關(guān)鍵的橋梁作用”。
英特爾軟件工程師的首要工作是為應(yīng)用軟件工程師提供最完整的開發(fā)環(huán)境，即林曉東所謂的“‘碼農(nóng)’中的碼農(nóng)”，以固件/BIOS、操作系統(tǒng)、虛擬化技術(shù)、編配組件，以及中間件和框架組件等多層次軟件技術(shù)，為應(yīng)用英特爾硬件系統(tǒng)的軟件開發(fā)者提供全面的幫助與引導(dǎo)，這些軟件技術(shù)把硬件系統(tǒng)層層抽象，最終讓應(yīng)用軟件工程師無(wú)需深入了解硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，就能有效地在英特爾平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)。
英特爾軟件產(chǎn)品覆蓋層級(jí)（藍(lán)色）
來(lái)源：英特爾
英特爾新近推出的oneAPI是一個(gè)跨平臺(tái)生產(chǎn)力工具的例子。oneAPI 包含兩部分，第一部分是跨架構(gòu)編程語(yǔ)言Data Parallel C++（簡(jiǎn)稱 DPC++），不同架構(gòu)處理器和廠商都可以使用；第二部分是滿足不同應(yīng)用需求的跨架構(gòu)庫(kù)集合。英特爾英特爾架構(gòu)、圖形與軟件部副總裁Bill Savage曾表示，oneAPI 既是一個(gè)開放的行業(yè)規(guī)范，同時(shí)也是一個(gè)產(chǎn)品。對(duì)于軟件開發(fā)者而言，oneAPI 的好處是使開發(fā)者使用同一份代碼，即應(yīng)用于不同架構(gòu)和廠商的計(jì)算系統(tǒng)，更多地重復(fù)利用代碼，可以有效地降低開發(fā)成本。
OpenVINO是另一個(gè)例子，英特爾視覺計(jì)算軟件合作部亞洲區(qū)總經(jīng)理高源表示，在實(shí)現(xiàn)了高性能計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)視覺應(yīng)用方面，英特爾雖然有不同的硬件架構(gòu)和硬件平臺(tái)，但是軟件編程工具是統(tǒng)一的，就是OpenVINO。“不需要開發(fā)者獨(dú)立去了解不同硬件應(yīng)該如何去做，OpenVINO為大家提供了一個(gè)統(tǒng)一接口，方便在不同架構(gòu)之間做開發(fā)和遷移。”
開源與合作
Wintel聯(lián)盟是PC時(shí)代勝出的基礎(chǔ)之一，但世易時(shí)移，在后移動(dòng)計(jì)算時(shí)代，開源與合作逐漸成為業(yè)界主流，連微軟都開始主動(dòng)投入開源運(yùn)動(dòng)。所以是否參與開源運(yùn)動(dòng)已經(jīng)不是問題，擺在這些大廠商前面的問題是如何在開源運(yùn)動(dòng)中占據(jù)一席之地。
英特爾亞太研發(fā)中心開源首席科學(xué)家馮曉焰，向探索科技（techsugar）介紹了英特爾在開源軟件方面的歷史。馮曉焰表示，在上世紀(jì)90年代，英特爾已經(jīng)在開始進(jìn)行Linux內(nèi)核相關(guān)的開發(fā)工作，英特爾的工程師和Linux內(nèi)核維護(hù)者定期舉行會(huì)議，2001年左右，馮曉焰所在的團(tuán)隊(duì)開始開發(fā)“電信級(jí)Linux”，之后在Linux上的投入越來(lái)越多，2005年1月，時(shí)任英特爾首席執(zhí)行官安迪格魯夫做過一個(gè)承諾，即英特爾在為微軟開發(fā)驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，也將為每一款英特爾硬件開發(fā)Linux驅(qū)動(dòng)軟件，這標(biāo)志著英特爾全面擁抱開源軟件。
馮曉焰介紹，在上述英特爾多層次軟件產(chǎn)品中，開源軟件在每一層都有代表作。固件層次的UEFI Framework是開源軟件；在虛擬化層次上，則有KVM、ACRN、XEN等開源產(chǎn)品；在操作系統(tǒng)層次，英特爾有專為英特爾平臺(tái)優(yōu)化的Clear Linux，針對(duì)IA平臺(tái)開放的安卓操作系統(tǒng)的參考實(shí)現(xiàn)Celadon，針對(duì)特別小的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要用到的操作系統(tǒng)內(nèi)核Zephyr，以及開源的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS等。“英特爾很多的核心技術(shù)，都是在開源軟件上首先實(shí)現(xiàn)的。”
“在國(guó)內(nèi)，OpenStack遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在國(guó)外更活躍。OpenStack在國(guó)內(nèi)更活躍的重要原因，其實(shí)是因?yàn)橛⑻貭栐趪?guó)內(nèi)有專門做OpenStack的團(tuán)隊(duì)，而且英特爾在國(guó)內(nèi)做了很多推廣，包括社區(qū)的推廣，也支持各種OpenStack廠商基于OpenStack做的整體解決方案。” 馮曉焰特別強(qiáng)調(diào)了英特爾在OpenStack發(fā)展中的作用，他認(rèn)為英特爾和產(chǎn)業(yè)鏈伙伴勠力同心，才推動(dòng)了整個(gè)OpenStack在社區(qū)的活躍和廣泛應(yīng)用。“最近幾年OpenStack技術(shù)峰會(huì)都會(huì)評(píng)選‘超級(jí)用戶’，‘超級(jí)用戶’有非常嚴(yán)格的選擇標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)移動(dòng)、騰訊，都得到過‘超級(jí)用戶’，英特爾一直在和OpenStack‘超級(jí)用戶’密切合作，為其提供了很多支持。”
讓每個(gè)晶體管物盡其用
顯然，英特爾軟件部門是英特爾硬件的“超級(jí)用戶”。在英特爾發(fā)布每一款硬件之前，其軟件工程師都已經(jīng)將新硬件玩熟。雖然摩爾定律在放緩，但集成度仍然不斷增加，消費(fèi)類產(chǎn)品旗艦設(shè)備所用的處理器動(dòng)輒集成數(shù)十億晶體管，如果對(duì)處理器及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)沒有深入了解，工程師將很難讓這數(shù)十億晶體管完全發(fā)揮出效力。
英特爾的軟件工程師成為了在英特爾系統(tǒng)做開發(fā)的工程師們的“守夜人”，他們要確保這些工程師能夠簡(jiǎn)便、高效、安全地在英特爾平臺(tái)上做開發(fā)。
英偉達(dá)的CUDA是其在人工智能應(yīng)用中搶得先機(jī)的法寶，英特爾的oneAPI與OpenVINO等產(chǎn)品或也將在數(shù)據(jù)時(shí)代中引領(lǐng)潮流。
“英特爾做軟件，就是為了使能和優(yōu)化，我們做的事情，是讓英特爾所有硬件的每一個(gè)晶體管的能力，都能充分發(fā)揮起來(lái)。這就是英特爾做軟件的目的，使得開發(fā)者能夠非常容易地把我們的軟件和硬件充分用起來(lái)。”軟件與硬件結(jié)合，才能最終把硬件威力發(fā)揮出來(lái)，林曉東舉了機(jī)器學(xué)習(xí)的例子，從Broadwell到Skylake，軟硬件結(jié)合帶來(lái)了高達(dá)277倍的機(jī)器學(xué)習(xí)性能提升；從Skylake到Cascade Lake 增長(zhǎng)了28倍，其中軟件優(yōu)化對(duì)性能增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)，遠(yuǎn)超硬件改進(jìn)。
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