数据流计算研究进展与概述

范志华，李文明，叶笑春，范东睿＊

1.中国科学院计算技术研究所，计算机体系结构国家重点实验室，北京 100190

2.中国科学院大学，计算机科学与技术学院，北京 100049

引言

传统冯·诺依曼架构从提出至今已有70 多年，作为主流的计算机架构，几十年间学术界、产业界围绕其开展了多种多样的探索研究。近年来，随着社会和科学技术的不断发展，大量新型应用对计算需求远超从前，比如网络服务、人工智能、AIoT（Artificial Intelligence and Internet of Things）等高通量应用场景，在这些新的应用场景的催化下，计算机的发展进入新的黄金时代。然而，冯·诺依曼架构基于全序程序执行的指令控制流计算模型，在存储访问和并行处理等方面表现出固有的局限性，“存储墙”等问题日益严重，制约了计算机性能的提升。

在解决冯·诺依曼计算机的串行指令执行和访存瓶颈问题过程中，出现了数据流（Dataflow）计算思想。因其天然的并行性、低访存需求等结构优势，近些年重新得到了学术界和工业界的青睐。数据流计算的概念由麻省理工学院的Jack.B.Dennis[1]等人首先提出，后由以高光荣教授为代表的数据流研究人员将其完善、发展。文献[2]是国内最早的数据流计算研究成果。图1 展示了从上世纪70年代至2020年计算机领域重要会议和期刊中，标题含有数据流关键词的研究论文数量，可以发现数据流计算经历发展的低谷期，现在又重新回到研究人员的视野中。后摩尔时代的到来将为数据流计算的发展带来前所未有的机遇，数据流计算的创新即将进入下一个黄金时代。……