馮·諾依曼瓶頸下計算機體系結構的創新
電子技術應用 11期
呂啟聞1，陳澤乾1，2，張曦月3，周朋1，張魯峰1，于春霖1，3，陳欽3，葉濤4，李璇1
（1.中國長城科技集團股份有限公司 中國長城研究院， 廣東 深圳 518057；2.中南大學 計算機學院， 湖南 長沙 410083； 3.中國電子信息產業集團有限公司 科技發展部， 廣東 深圳 518057；4.南方科技大學 工學院， 廣東 深圳 518055）
摘要： 在計算機體系結構的發展過程中，馮·諾依曼架構無疑是最為傳統且主流的架構之一。為了追求更加高速的計算效率，人們在馮·諾依曼架構的基礎上不斷做出優化，直至達到其發展瓶頸。從傳統馮·諾依曼架構出發，分析了該架構固有的局限性，并列舉了針對這些局限性所作出的基本改良措施。然后具體介紹了存算一體、數據流計算等在馮·諾依曼架構上進行創新的多種技術手段。最后簡述了突破原始電子計算機物理材料體系的其他非馮·諾依曼架構的發展歷程，例如類腦計算機和量子計算機等，并展望了現代計算機體系結構的發展前景與方向。
中圖分類號：TP303
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233839
引用格式： 呂啟聞，陳澤乾，張曦月，等. 馮·諾依曼瓶頸下計算機體系結構的創新[J]. 電子技術應用，2023，49(11)：28-34.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233839
引用格式： 呂啟聞，陳澤乾，張曦月，等. 馮·諾依曼瓶頸下計算機體系結構的創新[J]. 電子技術應用，2023，49(11)：28-34.
Innovation of computer architecture under the bottleneck of von Neuman
Lv Qiwen1，Chen Zeqian1，2，Zhang Xiyue3，Zhou Peng1，Zhang Lufeng1，Yu Chunlin1，3，Chen Qin3，Ye Tao4，Li Xuan1
(1.China Great Wall Research Institute， China Great Wall Technology Group Co.， Ltd， Shenzhen 518057， China；2.College of Computing， Central South University， Changsha 410083， China；3.Science and Technology Development Department， China Electronics Corporation， Shenzhen 518057， China；4.College of Engineering， Southern University of Science and Technology， Shenzhen 518055， China)
Abstract： In the development of computer architecture, the von Neumann architecture is undoubtedly one of the most traditional and mainstream architectures. In order to pursue higher-speed computing efficiency, people continue to make optimizations on the basis of the von Neumann architecture until it reaches its development bottleneck. Starting from the traditional von Neumann architecture, this paper analyzes the inherent limitations of the architecture, and lists the basic improvement measures for these limitations. Then it specifically introduces a variety of technical means for innovation on the von Neumann architecture, such as the computing in memory, and data flow calculation. Finally, the development process of other non-von Neumann architectures that break through the original electronic computer physical material system, such as brain-inspired computer and quantum computer, is briefly described, and the development prospects and directions of modern computer architectures are prospected.
Key words : architecture；von Neumann bottleneck；data flow computers；non-von Neumann architecture
【引言】
電子計算機自問世以來經過80余年的持續探索與發展[1]，逐漸成為當今世界人類工作和生活中不可或缺的部分，推動了各行各業和社會的發展，是人類歷史上最偉大的發明之一。電子計算機發展到現在以來所遵循的基本結構為傳統的馮·諾依曼架構[2]。隨著人工智能等高新技術的快速發展與應用，傳統馮·諾依曼架構由于其固有缺陷，已難以適應與處理對算力要求極高的任務，電子計算機架構的創新與突破成為了亟待解決的重要問題。本文將深入探討到目前為止，為解決傳統馮·諾依曼架構的缺陷所采取的思路與解決方案。
文章詳細內容下載請點擊：馮·諾依曼瓶頸下計算機體系結構的創新AET-電子技術應用-最豐富的電子設計資源平臺 (chinaaet.com)
【作者信息】
呂啟聞1，陳澤乾1，2，張曦月3，周朋1，張魯峰1，于春霖1，3，陳欽3，葉濤4，李璇1
（1.中國長城科技集團股份有限公司 中國長城研究院， 廣東 深圳 518057；2.中南大學 計算機學院， 湖南 長沙 410083；
3.中國電子信息產業集團有限公司 科技發展部， 廣東 深圳 518057；4.南方科技大學 工學院， 廣東 深圳 518055）
此內容為AET網站原創，未經授權禁止轉載。