当前，全球电子信息产业重点领域竞争格局此消彼长，半导体领域创新风起云涌，核心芯片技术发展变革步伐进一步加快，计算呈现出全新发展趋势，多种计算范式和架构正逐渐融合，开始进入“大计算”时代。从上世纪70年代Intel推出第一款处理器到现在，芯片架构历经单核、同构多核等不同时期，当前正迈向异构多核时代。伴随并行度提高，同构系统处理器核间的并行冗余越来越大，不可并行任务协调工作越来越多，导致系统性能增幅随冗余增大接近饱和。异构多核芯片的创新涉及软硬件等深层次创新融合与突破，是普适计算领域新热点，也是信息产业发展重要新拐点。

全球异构计算呈现三强鼎立

　　异构计算系统有两种实现方式：一是将多个不同类型处理器芯片通过片间集成的方式实现节点级异构计算(称之为片间异构);二是基于单(硅)片内集成多个不同处理器内核的异构计算芯片实现，即异构计算在芯片级实现(称之为片内异构)。第二种异构计算芯片技术是当前最新技术。

　　异构计算芯片是将不同架构的中央处理器CPU(Central Processing Unit)、图形处理器GPU (Graphics Processing Unit)、数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)和FPGA(Field Programmable Gate Array)等特定硬件加速单元依据相关技术标准和规范有机内在融合在一颗芯片上，任务由最合适的工作单元来承担，不同异构内核之间实现协同计算。

　　随着同构多核达到一定程度，通过核的堆叠提升计算性能遇到严重挑战，芯片级异构计算能够消除同构计算时CPU、GPU、DSP之间数据传输时间，大大提升计算效率，并且以良好的性能协同支持图形处理、信息通信、人工智能、大数据等多领域应用，基于统一编程规范和标准，能大幅减小软件开发编程难度、降低产品研制和维护成本。芯片级异构计算已经成为解决计算与效能瓶颈的主流技术之一。

当前，全球异构计算领域呈现三强鼎立的态势，分别是以AMD、高通、ARM、三星、北京华夏芯等为主体的全球异构计算系统HSA(Heterogeneous System Architecture)联盟，以IBM、Google、英伟达为主OpenPOWER联盟和以Intel主导的异构计算体系。其中，Intel公司异构计算体系主要为其自身系列产品和服务使用，在PC与高性能移动计算领域优势明显;HSA是完全开放的异构计算联盟，由于ARM、高通、三星等巨头参与，在高性能移动计算领域拥有显著优势。OpenPOWER联盟以IBM POWER芯片架构技术为基础，成立时间最晚，主要面向高性能计算领域应用。

　　异构计算作为新兴技术同样面临诸多问题和挑战，例如从传统同构系统、片间异构到片内多核异构，如何对应不同的编程方式、软硬件架构以及生态系统等;对于异构计算系统，无论是片间异构还是片内异构，都需要考虑如何建立完善的软硬件体系来支撑全新异构计算体系，进而解决生态问题，使下游产业链用户主动采用异构计算技术。为应对以上困难及挑战，在以上三强中，Intel基于其工艺、技术的先进性，在PC领域已向异构计算技术路径发展，目前已有CPU和GPU构成的片间异构和X86加SSE(Streaming SIMD Extensions)DSP的片内异构产品，并择机向智能终端等移动计算领域拓展。

　　Intel公司在2015年6月以167亿美元收购全球第二大FPGA公司Altera，成为目前全球唯一具备在片内实现CPU+GPU+DSP+FPGA异构能力的公司。OpenPOWER利用Power8等芯片在高性能计算领域的技术优势和IBM产品的应用生态基础，在高性能计算领域占有优势。OpenPOWER中CPU供应商IBM联合GPU芯片供应商英伟达、FPGA供应商赛灵思发布了CPU+GPU+FPGA的片间异构计算系统，主要面向高端服务器市场。HSA主要提供片内异构多核解决方案——从片内异构IP(Intellectual Property)核到片内异构芯片，有效地解决了应用软件的重用和互用，以开放方式合作共建全球异构计算产业生态。

自2010年起，全球主流芯片厂商均加大新一代异构多核处理器芯片(片内异构)的研发力度。2015年10月，AMD发布全球第一款支持HSA标准规范的片内异构(CPU+GPU)多核桌面计算机处理器芯片;ARM和Imagination预期在2016年推出支持HSA架构的异构处理器IP核;我国华夏芯已发布支持HSA处理器系列工具链，并即将发布基于CPU、GPU、DSP的三核异构处理器内核的IP核及产品;联发科发布了片内异构处理器的路线图;高通、三星以及英伟达和IBM正在合作研发片内异构处理器产品。

　　由此可见，异构处理器大规模应用的爆发期即将到来。预计未来全球范围内，在手机、平板及其他嵌入式芯片等高性能移动计算领域，异构多核芯片市场规模约20亿片，销售额约400亿美元;在台式电脑、笔记本电脑及工业控制等个人及专业计算机领域，市场规模约3亿片，销售额约550亿美元;在大数据、人工智能等高性能计算机领域，市场规模约1000万片，销售额约200亿美元。当前，全球正在研发片内异构处理器IP核的公司主要有ARM、Imagination和北京华夏芯，已经推出或者计划推出异构多核处理器芯片的企业主要有AMD、Intel、高通、英伟达等。

全球HSA、OpenPOWER等异构计算产业联盟其主要目标有两个：一是主导制定与异构计算相关行业标准、规范，推动产品互操作性测试和验证;二是联盟成员合作共建异构计算全球应用生态，共同抗衡Intel公司在异构计算领域强大优势。目前异构计算领域在全球影响最大、最先推出产品的HSA联盟是2012年由美国AMD公司发起，由约60家处理器设计、工具设计、软件设计等公司以及大学等科研机构共同组成。该联盟成员有AMD、ARM、高通、三星、联发科、德州仪器、Imagination、LG、华夏芯、华为等公司。联盟主要目标是：主导制定异构计算相关行业标准与规范，推动产品互操作性测试和验证;联盟成员合作共建异构计算全球应用生态。基于HSA颁布的软硬件系列接口标准和规范，业界可以设计非常丰富的产品，几乎覆盖了从低功耗嵌入式、智能终端、平板电脑、PC桌面系统到云端服务器等绝大多数设备。华夏芯在HSA联盟中首次提出将DSP纳入HSA系统构架及编译支撑，为异构系统的扩展做出了重要贡献。

　　将推动我国高端芯片产业

　　异构多核计算芯片及系统可广泛应用于高性能计算机、桌面计算机、智能终端等消费类电子产品以及装备制造、国防军工等各领域。

首先，异构多核计算芯片具有优势。与传统同构多核计算芯片相比，异构多核计算芯片优势主要体现在如下方面：一是性能与功耗优势。在同等功耗条件下，异构多核计算芯片大幅提升计算效能。二是产品开发优势。异构多核计算芯片基于严谨标准体系，不同种类处理器单元之间能有机融合和对接，大幅降低产品开发门槛，使更多开发者可加入应用和产品开发创新。三是差异化创新优势。在兼容相关标准前提下，异构计算鼓励芯片设计人员自由选择处理器单元，甚至可以设计自主的处理器和指令集，从而给处理器创新创造巨大空间。四是生态构建优势。异构计算芯片在软、硬件之间实现解耦，不同厂商芯片部件之间实现无缝对接和整合，在生态共建方面具有着巨大优势，大幅降低传统单核与同构多核时代生态瓶颈所带来的研发障碍。

　　其次，芯片级异构计算推动我国高端芯片产业发展。高端芯片是软硬件创新基石，尽管我国已获得了Power、ARM、MIPS等架构授权，但设计高端芯片所需IP不够丰富，我国相关技术团队对其获授权架构尚不能实现完全解构。如不能完全掌握IP核技术，那么一旦授权中止，仍存在断货及安全风险，因此目前不能算自主可控。同时我国虽已在MIPS等指令集核心芯片上取得一定技术与市场进展，但后续生态环境的建设仍面临巨大挑战。指令集并没有优劣之分，任何一个完备指令集都能够用来编程实现用户给定的任务，生态环境建设是指令集优劣唯一评价标准。