计算Zpȝ构，处于软硬q一“接口”位|，对计机指o(h)、硬件功能分配和对Y件、硬件界面确定等Q承担着基本的“规划”功能?/span>
随着摩尔定律攄和新兴应用不断涌玎ͼ如何改进计算Zpȝ构来满应用不断增长的需求，成ؓ(f)一个重要课题?/span>
Ҏ(gu)Q图灵奖得主U翰·轩尼诗（John HennessyQ和大卫·帕特（David PattersonQ指Z(jin)计算Zpȝ构未来发展趋?span lang="EN-US">——?/span>领域定制的Yg协同设计?/span>QƈU?span lang="EN-US">?/span>计算Zpȝ构领域将q来下一个黄金时?span lang="EN-US">?/span>?/span>
q也是北京大学高能效计算与应用中?j)副教授孙广?/span>Q?span lang="EN-US">1999U电(sh)子；2003U硕Q微所Q?/span>从研十余q以来一直在努力的方向?/span>
孙广宇（中）(j)?span lang="EN-US">2021 CCF-IEEE CS青年U学家奖
d觅觅Q微光点亮的梦想
孙广宇在清华?sh)子pd原微?sh)子所度过自己的本U和士阶段Qƈ在学校专资金的支持下获得了(jin)参与国际学术?x)议的机会(x)?/span>
在一ơ学术会(x)议中Q孙q宇遇到?jin)同h业于清华大学?sh)子pR在计算Zpȝ构领域赫赫有名的谢源教授。“和谢老师的交让我受益颇多。”孙q宇回忆道?/span>
在谢源教授的下，孙广宇申请了(jin)国宑֤法尼亚州立大学的博士学位Qƈ?span lang="EN-US">2006q成机体系l构方向的新晋博士生?/span>
然而孙q宇的博士研Iƈ不是一帆风的。“与我所学的集成?sh)\设计不同Q我W一位导师是典型的计机p背景出w的专家Q在研究中他更偏向系l的相关环节。尽都在体pȝ构的大领域，但这U学?fn)背景带来的差别仍是当时的我难以在短旉内逾越的。?/span>
更严重的是，孙广宇初期欠佳的表现让他的导师要攑ּ对其研究l费的资助。研I进展缓慢、时刻面临“断费”，q样H迫的境况几乎浇灭了(jin)孙广宇的斗志?/span>
在q个时候，谢源向他伸出?jin)援手。经q一番深入交谈，谢源d提出Q让孙广宇{投自己名下。谢源相信，只要让孙q宇回到“合适的轨道”上Q他一定可以取得不错的成W?/span>
旉多年Q回忆v当时的经历，孙广宇仍难掩感激之情Q“谢老师Ҏ(gu)的帮助，不是一个简单的、慷慨的故事Q他Ҏ(gu)研究l费、学?fn)方法、论文写作乃至生zȝ节方斚w面的帮助Q是我得以l攻d士最主要的力量。如果当时没有谢老师的帮助和认可Q可能我走的路就和现在完全不同了(jin)。?/span>
孙广宇也没有让谢源失望。“{换赛道”之后，他终于打破了(jin)博士初期的“沉默”状态，一pd论文相发表。在与包括杜克大学陈怡然教授在内的业内翘楚合作的q程中，孙广宇得以触摸计机体系l构的前沿理论和全新器gQ他的毕业论文《基于新型非易失存储的体pL构设计探索》，更是荣获2012q欧z设计自动化协会(x)优秀博士论文奖?/span>
q段求学从研l历Q开拓了(jin)孙广宇的U研视野Q也让他W定地走在自己所选的研究道\上。面Ҏ(gu)来的选择Q他没有犹UQ“我出国的时候就军_Q我毕业之后一定要回国。?/span>
2011q_(d)在导师谢源的推荐下，刚刚成立的北京大学高能效计算与应用中?j)向孙广宇递出?jin)橄榄枝。感佩于恩师和北京大学的肯定Q孙q宇卛_打点行装Q回C(jin)暌违5q的国?/span>
兢兢业业Q青春在U研中闪?/span>
入职后，孙广宇开始思考“新型计机体系l构”这一关键核心(j)技术的破题思\Q他军_在新型存储架构和定制计算架构两个方向开展跨层次的研I?/span>
计算机系l中存储引v的性能开销和所消耗的能量逐渐增加Q而各U新型的非易失存储器ӞNVMQ具备大定w、低功耗的优点?/span>
此Q孙q宇团队首先Ҏ(gu)?span lang="EN-US">NVM的设计空间进行量化抽象徏模，Ҏ(gu)模型实现性能、能耗等设计目标优化的快速架构探索，q一步提出可扩展、可重构的宏单元代替传统的固定器件徏模单元；qơ提出基?span lang="EN-US">STT-RAM+SRAM?span lang="EN-US">?/span>混合~存架构?/span>Q根据数据请求的优先U优?span lang="EN-US">?/span>混合~存架构?/span>中的数据理Q设计了(jin)相应的数据分配、替换以?qing)迁Uȝ略，有效地提升了(jin)新型NVM数据访存性能Q同旉低了(jin)访存功耗；此外针对新型NVM独有的错误机Ӟ提出?/span>定位U错~码Q?span lang="EN-US">p-ECCQ?span lang="EN-US">?/span>~存{纠错架构，实现?jin)可靠性和能效之间的设计权衡?/span>
同时Q孙q宇构徏的高能效、高安全性存储系l架构对于数据中?j)带来?jin)提升?/span>
孙广宇团队和癑ֺ合作提出键值对存储Q?span lang="EN-US">KV存储Q和开N道式固态硬盘（SSDQ整合在一P利用开攑ּ通道SSD高ƈ发的优点Q对I/O调度和分发策略进行优化；同时提出?jin)能够将多种应用q行混合部v的高效分布式存储pȝQ有效提升存储系l利用率q节省成本；在数据中?j)可信计场景下Q针对不l意随机存储Q?span lang="EN-US">ORAMQ安全协议实际应用中存在大量冗余访存{问题，以\径合q、缓存(sh)化与数据复本技术，?span lang="EN-US">ORAMpȝ的访存性能显著提升Q此外针对内存数据库的烦(ch)引与跨步讉K{问题，利用新型NVM的特点，设计ZU同时支持行和列讉K的对U内存架构，可以降低设计成本q提升能效?/span>
随着深度学习(fn){新兴应用领域的拓展Q孙q宇开始针对其应用特点设计定制化的计算Zpȝ构。由“通用”{向“专用”，是他在这一方向的主要研IŞ式?/span>
以深度学?fn)领域?f)例，孙广宇与丛京生教授等合作Q提出基?span lang="EN-US">Roofline模型的卷U神l网l加速器设计Ҏ(gu)Q对计算单元、片上存储、带宽等资源q行抽象来构造设计空_(d)q根据优化目标自动探索空间寻找最优方案；为提高基于现场可~程逻辑门阵列（FPGAQ的经|络加速器芯片设计效率Q提Zpd自动化设计方法，深度学?fn)框Ӟ?span lang="EN-US">Caffe?span lang="EN-US">TensorFlowQ输出的|络模型自动化部|到FPGA上，辑ֈ同时期最好水q_速性能Q同时结合新?span lang="EN-US">NVM相关研究成果Q提出针Ҏ(gu)度学?fn)存内计架构，可显著提升深度学习(fn)网l处理能效?/span>
目前Q孙q宇累计发表论文百余，h佌文奖3ơ、最佌文提名奖3ơ，?span lang="EN-US">CCF-IEEE CS青年U学家奖?span lang="EN-US">“CCF-Intel青年学者提升计?span lang="EN-US">?/span>支持QƈL和参与多科研项目?/span>
q个执着于构建新型计机体系l构的“设计师”，正以他自q形式Q推动这一领域的发展?/span>
日日夜夜Q照亮前行的方向
?span lang="EN-US">10qؓ(f)期，孙广宇这h括自己在北京大学工作的时光：(x)?q的沉淀(wn)U篏Q?span lang="EN-US">5q的实践摸烦(ch)?span lang="EN-US">?/span>
?span lang="EN-US">5q时_(d)孙广宇用来探索行业的前沿地带Q同旉应高校教师的新w䆾。在他看来，q段时光?/span>和创业很?span lang="EN-US">?/span>。与学生一道摸索前行，探秘U研?span lang="EN-US">?/span>无h?span lang="EN-US">?/span>?/span>
谈及(qing)与学生的相处Q孙q宇W称Q“他们是团队的成员，也是同行的战友。我对他们的唯一要求Q就是要明确自己未来的规划是怎样的。科学研I是很苦的，其是博士阶D늚‘深研究’。这不是一U技能的培训Q我更希望培M们解决问题的勇气和魄力。在q个q程中，或许有弯路，但是我们一赯q，功不唐捐。在q个q程中，学生Ҏ(gu)的信M帮助我更好地理解?jin)教师这个角Ԍ不断壮大的团队也让我对于U研更有信心(j)。?/span>
此外Q孙q宇也深知“纸上得来终觉浅”的道理Q在北京大学高能效计与应用中心(j)工作的第二个5q_(d)他积极推动技术{化，领域定制的存储与加速器pȝ{成果已在实际^台和产品上进行验证和应用Q关于高能效计算Zpȝ构的研究N得到华ؓ(f)、百度、美国超微半g公司Q?span lang="EN-US">AMDQ、微软、字节蟩动等公司目的支持?/span>
在孙q宇看来Q面向新兴计应用，l合集成?sh)\设计和新型器件等内容的新型计机体系l构领域Q能为我国解决“卡脖子”难题提供新思\?/span>
“就像盖房子一P或许我们目前无法获得尖的徏{材料，但可以通过更y妙的l构设计Q在现有条g下盖出顶的房子。回到计机体系l构领域Q在我国芯片刉工Z国际尖水^有一些差距的情况下，通过l构设计Q整体效果同样辑ֈ国际领先水^Q这是我要做的事情。?/span>
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