虞志益:引领多核处理器创新之路
2013-06-26 17:06:06   来源:   评论:0 点击:

微电子和计算机技术是信息产业的基石,对人类社会的生活具有深刻的影响,对现代社会的快速发展也起到了至关重要的作用。“自21世纪初开始,由于传统的单核处理器在性能、功耗等技术方面很难再有突破,多核处理器作为计算机领域及集成电路设计领域最为重要的方向之一,吸引了学术界和产业界的大量研究力量。”复旦大学微电子研究院虞志益副教授介绍到。并且,多核处理器的研究作为当前微电子和计算机行业最受关注的研究内容之一,其能否成功会很大程度上影响微电子和计算机行业能否继续不断前行。
虞志益在海外从事处理器研究多年,回到国内后又积极展开面向嵌入式应用的高性能、低功耗的多核处理器研究,逐步取得了一系列突破性的创新成果。
 
积累丰厚经验
虞志益分别于2000年和2003年获复旦大学学士和硕士学位,2007年获美国加州大学戴维斯分校(UC Davis)电子与计算机工程系博士学位。从博士期间他开始研究多核处理器,所在的课题组属于国际上较早切入这个领域的团队之一,所设计的多核处理器 (AsAP)在国际上具有一定的影响力,期间他负责设计的被广泛认可为国际首个采用全局异步局部同步时钟的36核处理器 (AsAP),此项目被著名杂志EE TIMES(《电子工程专辑》)报道,发表于国际顶级会议/期刊ISSCC(国际固态电路研讨会)、JSSC(《固体电路杂志》)、TVLSI(《超大规模集成电路系统汇刊》),并受邀在很多科研机构如斯坦福大学、加州大学伯克利分校等介绍此项目;他参与设计了在AsAP多核处理器基础上的第二版本的167核处理器,成果发表在国际顶级会议/期刊VLSI Symposium(超大规模集成电路研讨会)及JSSC。后加入美国硅谷一家Startup公司,参与设计了采用堆栈式架构的极小面积极低功耗的40核及144核处理器。
科研的创新首先来自深厚的知识经验积累,虞志益这段时间的学习和工作经历使他在多核处理器技术研究中具有了较为深厚的基础,也促使他立足学科前沿,力求技术创新,在日后的科研工作中不断有所突破。
冲刺“奥林匹克”
2008年底,虞志益作为复旦大学引进人才回母校专用集成电路与系统国家重点实验室工作,相继负责主持了国家核高基重大专项、“863”、自然科学基金、上海市集成电路专项、上海市青年科技启明星等多个项目,并取得了一系列研究成果。
从学术创新的角度出发,虞志益等人的科研成果首先通过在顶级的学术会议及期刊上发表,成果获得了国际上的认可。2011年,虞志益指导的课题组研究设计了一款16核处理器,该处理器创造性地融合了传统的共享存储和消息传递两种核间通讯方式,极大地提高了多核处理器核间通讯的效率。2012年,在16核处理器的创新性设计的基础上,他们又继续研究并开发了24核处理器,具有多个新的技术,包括采用包控制电路交换的双层片上网络来进一步提升多核的核间通信能力,以及异构执行单元阵列来加速某些关键应用。
上述成果成功发表或录用于ISSCC 2012、ISSCC 2013。ISSCC是集成电路(IC)设计领域影响力最大也是最难被录用的国际学术会议,有“集成电路的奥林匹克”之称,其处理器领域的文章就如同产业一样被Intel、IBM等国际大公司所垄断。据悉,近10年来国际上从未有来自高校的处理器方面的成果能连续两年发表于ISSCC,而在中国大陆,除虞志益课题组的以上两篇论文之外,处理器领域只有中科院计算所的龙芯在ISSCC上发表过论文。

期望服务广大民众
目前包括上述16核及24核芯片在内的两位数多核芯片在全世界范围内基本还处于实验室阶段,如何让技术走出实验室为大众所用是更为关键的一步。为此,虞志益团队正加大与相关企业密切合作,推动产学研结合,期望形成成熟的产业化渠道,力图将技术成果转化为实实在在的产品。
在通信及多媒体系统领域,由于有高性能、低功耗的需求,ASIC(Application Specific Integrated Circuit,为专门目的而设计的集成电路)实现方案占了很大的比例。然而,随着集成电路系统复杂度及其规模的不断增大,芯片的设计和制造成本不断提高,并且不同的应用场合及地区也会有不同的标准,从降低成本及支持多标准的角度都希望芯片本身具有很高的灵活性。但是,ASIC实现方案具有天生的缺乏灵活性的弱点。而当前的多核处理器研究的主要目的是替代传统的单核处理器,它们的性能和功耗跟单核处理器相比具有很好的优势,但是跟ASIC相比仍然具有很大的差距。
基于上述背景,虞志益课题组在研究现有多核处理器的基础上,创造性地提出了进一步提高其性能、降低其功耗的研究思想,力图极大地缩小多核处理器与ASIC实现在性能/功耗上的差异,从而使多核处理器能够用于一些传统上以ASIC来实现的多标准通信和多标准多媒体领域。课题与上海华为技术有限公司合作,研究工作将完成其产业化的前期准备工作,为下一步广泛的产业化做好基础。通过本课题的研究,使多核处理器能很好地应用于通信和多媒体应用中,这不仅具有非常高的学术价值,也具有非常好的产业价值,能产生很大的经济效益。

加强学科建设
除了科研上的杰出贡献,虞志益在培育人才、学术交流、对外合作中也付出了诸多努力,以求计算机微电子学科的稳健发展。
在人才培养上,回国至今虞志益已培养了十余名硕士研究生及本科生,绝大部分毕业后的硕士研究生进入了集成电路领域的国际大型企业;而较多的本科生选择赴国外继续深造,包括哈佛大学、康奈尔大学、加拿大多伦多大学等国际名校。在学术贡献上,他目前已出版一本专著,发表(录用)论文60余篇,包括国际顶级的会议/期刊,如3篇ISSCC,、2篇IEEE JSSC、 4篇TVLSI、 1篇IEEE Micro(《IEEE微机杂志》)、1篇VLSI Symposium,这些论文已累计被引用300余次。
在学术交流中,虞志益积极参加一些国际学术交流和学术活动,是多个国际会议如亚洲固态电路会议(A-SSCC)、国际专用集成电路会议(ASICON)等的技术委员会成员,还是全国研究生电子设计竞赛华东赛区的评审专家。同时,课题组与多家企业如华为公司有密切的合作,为课题研究未来的产业化提供了良好的基础。
对于未来,虞志益教授进行了分层次的规划,首先是继续技术的创新以跟上国际前沿的步伐;另一方面是争取成果的实用化,走出实验室,走进产业界。在此,我们也祝愿他们保持创新能力、加快产业推广,不断引领我国计算机技术创新快速发展。

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