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：
自1946年发明至今，“冯·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“冯·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，“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）”和“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“NVNMD”。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MD计算中的“存储墙”和“功耗墙”瓶颈。因此，相较部署于GPU的DeePMD，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-z，10.1109/TCSI.2023.3255199)
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固体表面物理化学国家重点实验室
