該IP核是全球首款圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速IP核，專注于高效加速圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推斷階段。

　　1月8日，在與中科院計算所和中科院計算所南研院的通力合作基礎(chǔ)上，北京中科睿芯科技集團有限公司（簡稱中科睿芯）正式發(fā)布了一款圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片的IP核（即制備芯片的知識產(chǎn)權(quán)核），并宣布面向全球開展商用授權(quán)。據(jù)該團隊介紹，目前市場上尚無任何類似IP核可供授權(quán)。因此，該IP核是全球首款圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速IP核，專注于高效加速圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推斷階段。

　　適合圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算力

　　此款圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速IP核代號為“GCU Zero”，主要研究人員之一是中科院計算所特別研究助理嚴明玉博士，其畢業(yè)于中科院計算所，曾在美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校 SEAL 實驗室訪學(xué)，主要從事圖計算和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速結(jié)構(gòu)研究。嚴明玉介紹說，“Zero”寓意著團隊從0號“認知智能”芯片開始，期望實現(xiàn)機器與人類在智能上的“零差距”；“G”和”U”取圖處理單元（Graph Unit）之義，代表滿足圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特殊算力需求的計算單元，而“C”則表示計算單元賦予機器認知智能（Cognitive Intelligence）。

　　GCU Zero Homosapiens系列

　　基于混合結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，GCU Zero分別為圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩個主要執(zhí)行階段——圖遍歷階段和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換階段設(shè)計相應(yīng)的加速引擎，并流水兩個引擎的執(zhí)行。這一設(shè)計思路可匹配圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對算力的特殊要求，大幅提升圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行效率。

　　例如，在為圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一個重要分支——圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行進行加速的過程中，GCU Zero可提供低延遲獨立執(zhí)行模式（低延遲模式）和高并發(fā)融合執(zhí)行模式（高并發(fā)模式）兩個工作模式，具有“四高三低四少”的優(yōu)點。

　　“四高”是指高可配性（面向不同應(yīng)用場景配置不同執(zhí)行模式）、高可拓展性（可多個IP核互聯(lián)執(zhí)行更大規(guī)模的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、高并發(fā)（可數(shù)十個圖節(jié)點處理任務(wù)同時并發(fā)執(zhí)行）、高能效（比傳統(tǒng)處理器能效更高）；“三低”是指在低延遲模式下，用所有資源共同執(zhí)行單個圖節(jié)點的處理任務(wù)，能實現(xiàn)低延遲、低開銷、低能耗；“四少”是指在高并發(fā)模式下，多個圖節(jié)點的處理任務(wù)同時執(zhí)行，并且兩個主要的階段可流水，能夠減少中間數(shù)據(jù)的計算和訪存，從而實現(xiàn)更少計算、更少訪存、更少功耗、更少運行時間。

　　開啟圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速時代

　　圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被認為是推動“認知智能”發(fā)展強有力的推理方法，有望解決深度學(xué)習(xí)無法處理的關(guān)系推理、可解釋性等一系列問題，讓機器“能理解、會思考”。

　　不過，盡管目前在國際學(xué)術(shù)界已有團隊開展了基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速的相關(guān)研究，工業(yè)界也有了基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的落地應(yīng)用，但目前圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速芯片在國際上還是一片“無人區(qū)”。

　　2020年初，嚴明玉博士在國際計算機體系結(jié)構(gòu)頂會 HPCA 上發(fā)表了國際第一個圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速結(jié)構(gòu)設(shè)計“HyGCN”。嚴明玉稱，GCN即圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （Graph Convolutional Network， GCN為其縮寫），作為圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最重要的一個分支，GCN將深度學(xué)習(xí)算法和圖計算算法相融合，對搜索、推薦、風(fēng)險控制在內(nèi)的等諸多重要領(lǐng)域有著更優(yōu)的認知與問題處理等能力；HyGCN寓意向圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加速說“Hi”，寓意圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速的時代即將開啟。

　　完整芯片進入投片倒計時

　　“GCU Zero IP核是我們Homosapiens系列的首個IP?！眹烂饔癫┦客嘎叮嫦蚋咝阅芎统咝阅艿膱D神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和推斷，Homosapiens系列在今明兩年陸續(xù)還會有新產(chǎn)品發(fā)布。

　　Homosapiens取自生物學(xué)上的“智人”，得益于高度發(fā)展的大腦帶來的推理與語言能力，智人最終在殘酷的生存競爭中成為萬物之靈。將圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系列芯片命名為Homosapiens，表明了研究團隊將“認知智能”賦予機器的信念和決心。

　　當前，人工智能正從由數(shù)據(jù)驅(qū)動的“感知智能”階段邁入由數(shù)據(jù)與知識雙驅(qū)動的“認知智能”階段。在“認知智能”階段，機器被期待獲得基于知識的邏輯推理能力。而圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用就是關(guān)鍵之匙，其效果也在工業(yè)界已有的落地應(yīng)用中得到了驗證。接下來，人們期待可直接用于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算的加速器件。

　　嚴明玉介紹，GCU Zero IP核在基于臺積電先進的12 nm制程工藝下，運行頻率可達1.2 GHz。在Reddit 數(shù)據(jù)集和GraphSage圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型下，GCU Zero IP基于64 GB/s的片外存儲帶寬，在10毫秒內(nèi)完成的圖節(jié)點處理任務(wù)數(shù)是英偉達最先進人工智能推理GPU TESLA T4的兩倍以上。他進一步透露，基于GCU Zero，該研究團隊設(shè)計了完整的芯片并計劃投片，將在今年第二季度搭載在中科睿芯“金剛”高通量計算機上。