7月13日至14日，中國集成電路設計創新大會暨IC應用博覽會（ICDIA 2023）在無錫太湖國際博覽中心隆重召開。在大會高峰論壇上，清華大學集成電路學院副院長尹首一教授發表了名為《以架構創新，突破算力“卡脖子”問題》的主題演講，指出算力是數字經濟時代的核心生產力，但卻面臨嚴重的“卡脖子”問題。而國內要實現算力突破，主要有五條創新路徑。同時，無論采用先進集成還是采用先進架構設計技術，都離不開架構上的創新。

尹首一表示，隨著數據需求呈現爆發式增長，算力已經成為近幾年業界非常關注的話題，并且被視為數字經濟時代的核心生產力。據IDC的統計，國家計算力指數與GDP發展呈正相關趨勢，算力指數每增長1個百分點，國家數字經濟和GDP將分別增長3.5%和1.8%。而到2026年，整個算力需求最迫切的五個行業分別是互聯網、金融、政府、電信和制造，尤其是隨著ChatGPT人工智能大模型席卷全球，更加引發了算力需求的大爆炸。

但現在的客觀情況是國家算力供給面臨著嚴重的“卡脖子”問題，即美國限制高算力芯片對華出口，而且可能進一步收緊出口限制。歸根結底其動機要限制中國得高算力芯片、數字經濟和人工智能等方面的發展。尹首一指出，“中國要自己做高算力芯片正面臨雙重‘工藝墻’，第一是在迫切的算力需求下，芯片制造工藝逼近物理極限帶來的技術升級限制；第二道‘工藝墻’來自國際封鎖，這將導致國內業界要持續提升芯片算力會遭遇很大困難。”

要實現算力突圍，滿足人工智能、數字經濟發展對算力的需求，路在何方？尹首一認為，可以將算力看成三個因子的乘積：晶體管密度×芯片面積×算力/晶體管，它們分別與制造工藝、***口徑、芯片計算架構有關。而在當前國際產業環境下，需要重新審視芯片算力公式，在可獲取的低世代成熟工藝下去尋找持續提升算力的新途徑，其中包括在芯片面積上探索先進集成技術和先進封裝技術發展的可能性，以及在算力方面更加聚焦新型計算架構。

基于對算力公式的分析，尹首一進一步稱，在當前算力受限的情況下，國內仍然能夠尋找持續提升芯片算力的空間。“我們用三維空間表達未來芯片算力提升的路徑，其中的三個軸分別是計算架構、三維集成和二維擴展。常言道，‘他山之石，可以攻玉’，我們把最近幾年國際上在高算力芯片進展方面發布的每一顆芯片，放進這個坐標系里并找到確定性位置，然后統計發現我們在高算力芯片發展中的不同嘗試可以歸結為幾條不同的創新路徑。”

第一條創新路徑是數據流芯片，即在計算架構層面通過架構改進提升芯片性能，實現算力系統級的優化提升；第二條路徑是可重構芯片，這是因為可重構計算比較靈活，可以重復利用；第三條路徑是存算一體，通過將計算跟存儲結合起來，提升芯片整體算力；第四條路徑是將晶圓級芯片持續做大，提升芯片面積必然能進一步提升算力。第五條路徑是三維芯片，通過把各種芯片堆疊起來拓展性能和技術，豐富的選擇將帶來很多能力提升的可能性。

“通過五種不同創新路徑可以看出，提升算力除了技術路徑以外還有多種工具選擇，而這些工具怎么組合是未來實現算力拓展的關鍵。”尹首一表示，在這些創新路徑之外，還可以進一步提升算力的突破點還包括，集成不同的架構和三維集成，集成三維集成和晶圓級芯片，以及集成存算一體技術、晶圓級芯片和三維芯片集成等，不同組合會碰撞出不同火花。

尹首一總結道，基于當前國際上新技術的進展，路徑創新將是突破“卡脖子”問題的關鍵手段。只有通過技術創新、路徑創新，才有可能實現算力突破。如今，隨著人工智能應用帶來了新技術和新架構優化的可能性，計算架構+集成架構的聯合創新，將有機會重塑芯片算力提升空間。“中國信息產業高度發達，算力應用領域在全是最豐富，同時技術創新路徑也是最全面的。通過應用領域的支撐和路徑創新，中國的高算力芯片最終一定能夠取得突破。”