学霸的模拟器系统 第539节

　　而在实验室的另一头，靠窗的位置，是绝对的静止。

　　苏畅穿着一件宽松的灰色针织开衫，整个人陷在阴影里。

　　办公桌面干净整洁，只有几张写满字的A4纸。

　　她盯着窗外光秃秃的橡树枝桠，眼球几乎一动不动，甚至连呼吸的起伏都难以察觉。

　　手中的圆珠笔在指间无意识地转动，笔尖悬在纸面上方一毫米处，迟迟没有落下。

　　“醒醒神。”

　　林允宁把手里的托盘放在公共桌上，纸杯底座磕在桌面上，发出沉闷的响声。

　　“馥芮白是晓峰的，燕麦拿铁是苏畅的。没加糖，只有咖啡因。”

　　赵晓峰像是被触发了某种硬件中断，猛地从代码堆里拔出脑袋。

　　他眼球上布满了红血丝，眼神聚焦了足足两秒才看清来人。

　　“林老师……你真是我的救命恩人。”

　　赵晓峰抓过咖啡，甚至没试温就灌了一大口。

　　滚烫的液体顺着食道滑下去，他龇牙咧嘴地吸了口气，随后长叹一声，整个人瘫软在椅子上。

　　“ResNet-20在FPGA上的并行化遇到了死结。”

　　他指了指屏幕上一条陡峭上升然后突然断崖式下跌的红色曲线，声音沙哑，“为了追求吞吐量，我把流水线拆到了极致，每个时钟周期都塞满了乘法运算。

　　“现在的推理速度提升了30%，但是……”

　　他用力敲了敲回车键，屏幕弹出一串报错日志。

　　“内存墙（Memory Wall）。DDR3的带宽被吃光了。计算单元大部分时间都在空转，等待数据从内存搬运过来。

　　“这感觉就像你开着一辆法拉利，却被堵在了晚高峰的肯尼迪高速上，只能怠速烧油。”

　　林允宁脱下沾着冷气的羽绒服，挂在椅背上。

　　他拉过一把椅子，坐在赵晓峰旁边，眼神扫过屏幕上那些密密麻麻的时序图。

　　“别想着怎么把数据从内存里搬来搬去，晓峰。那是无用功。

　　“冯·诺依曼架构的局限性，没办法单凭算法越过去的。”

　　林允宁从卫衣口袋里掏出那张在机场候机时随手画的草图，抚平了上面的褶皱，推到赵晓峰面前。

　　图上没有复杂的电路逻辑，只有一堆排列整齐的方块，中间用单向箭头串联起来，形成了一个紧密的矩阵。

　　“这是什么？”

　　赵晓峰推了推鼻梁上厚重的眼镜，凑近看了看，“二维网格？每个节点只有局部连接……这拓扑结构看着眼熟。H.T. Kung的脉动阵列（Systolic Array）？”

　　“识货。”

　　林允宁满意地点了点头。

　　赵晓峰作为清华姚班出身的硬核极客，不仅基础扎实，也称得上是博闻强记。

　　“可是那是70年代的老古董了，”

　　赵晓峰眉头拧成了疙瘩，“那是为了做专用矩阵乘法设计的，灵活性太差，编程难度极高。

　　“现在谁还用这个？大家都转投GPU了，CUDA才是未来。”

　　“GPU的设计初衷是图形渲染，它的缓存机制是为了纹理映射，不是为了深度学习里的张量计算。”

　　林允宁拿起一支笔，在草图的方块上点了点。

　　“既然我们要做AI专用芯片，为什么要追求通用性？

　　“我要的就是极致的矩阵乘法效率，哪怕它连个如果是（if-else）都算不了。”

　　他随手在白板上写下一行算式：

　　C[i][j]+= A[i][k]* B[k][j]

　　“在传统的架构里，每算一次乘加运算，你就要去内存里读一次A，读一次B，再写回一次C。这种频繁的读写就是你在高速公路上遇到的红绿灯。”

　　林允宁的手指顺着草图上的箭头滑动。

　　“但在脉动阵列里，数据不是‘存取’的，而是‘流动’的。

　　“左边的计算单元（PE）接收数据，完成一次乘法，加上局部结果，然后直接传给右边的邻居。

　　“上边的传给下边。数据在芯片内部流动一次，就被榨干了所有的计算价值，最后才写回内存。”

　　赵晓峰盯着那张图，狠狠吞了口口水。

　　他的手指在桌面上飞快地敲击，似乎在脑海里重新构建电路的时序。

　　“没有全局总线……全是局部互连……如果这样的话，”

　　他喃喃自语，“我可以省掉至少40%的片上缓存控制逻辑，把省下来的硅片面积全部塞满乘法器（MAC）。如果不考虑分支预测和乱序执行这些乱七八糟的东西……”

　　“对，就是这个思路。”

　　林允宁拍了拍他的肩膀，“这个作业交给你了。不用设计完整的TPU，先用Verilog给我写一个16x16的脉动阵列原型。这对你来说并不难，一个月就能搞定吧。”

　　“两周。”

　　赵晓峰接受了挑战，顿时来了精神。

　　他把那袋奇多扔进垃圾桶，转过身面对屏幕。

　　手指悬在键盘上方停顿了一秒，然后噼里啪啦地敲击起来，节奏比之前更快、更狠。

　　“只要你不嫌弃我的Testbench写得烂。”

　　林允宁笑了笑，端起自己的黑咖啡，转身走向窗边。

　　那边的静止区域依然存在。

　　苏畅保持着之前的姿势，仿佛被透明的树脂封存了。

　　实验室里嘈杂的键盘声、风扇声，甚至赵晓峰刚才的抱怨，都在她周围的一米处自动消音。

　　直到林允宁走到她面前，挡住了窗外刺眼的阳光，在她的桌面上投下一片阴影。

　　苏畅迟钝地抬起头。

　　她的瞳孔处于一种不自然的放大状态，眼神没有焦距，像是穿透了林允宁的身体，看着虚空中的某一点。

　　“林老师。”

　　她小声叫道，声音很轻，带着一丝从深海浮上来的窒息感。

　　“那个持续同调（Persistent Homology）的作业，”

　　林允宁靠在窗台上，视线落在她面前的那几张纸上，“条形码（Barcode）图算出来了吗？”

　　那是一张由计算机生成的拓扑特征图。

　　横轴是过滤参数（Filtration），纵轴是同调群的特征生成元。

　　正常的条形码图应该是一条条清晰的长短线段，代表着数据中存在的拓扑结构（如孔洞、空腔）的寿命。

　　但苏畅面前的这张图，乱得像一团被猫抓过的毛线。

　　“我研究了几个月，”

　　苏畅低下头，手指按着太阳穴，似乎在压抑某种眩晕感，“在低维的时候，贝蒂数（Betti Number）很稳定。那些条形码是长线，结构很清晰，很光滑。但是……”

　　她指了指图表右侧的高维投影区域。那里的线条崩碎成了无数细小的短线，密密麻麻地挤在一起，那是大量的拓扑噪声。

　　“当我把参数调高，进入高维投影的时候，数据的‘质感’变了。”

　　苏畅深吸了一口气，试图描述那种感觉，“它们不再是平滑的流形。那些数据点……它们变得很‘涩’。就像是用砂纸在打磨玻璃，充满了不连续的尖刺。

　　“我的大脑一直在试图把它们平滑化，但是做不到。那里有无数个微小的孔洞在瞬间产生又瞬间消失，这种震荡……让我恶心。”

　　实验室另一头的赵晓峰忍不住回头吐槽了一句：

　　“苏畅，你这是在做数学还是在做胃镜？数据还能让你恶心？”

　　苏畅没有理会，她只是死死盯着那些破碎的线条：

　　“那里没有稳定的结构，只有混乱的撕裂。”

　　林允宁点了点头。他知道苏畅的联觉症并非某种魔法视觉，而是一种过载的模式识别——

　　她的大脑将数学上的“不收敛”和“震荡”，转化为了生理上的排斥反应。

　　“那是拓扑噪声，也是湍流的特征。”

　　林允宁转身，拿起一支粉笔。粉笔灰在阳光下飞舞，落在他的袖口上。

　　他在苏畅身后的黑板上，写下了一个方程。

　　?u/?t +(u·?)u = 0

　　这是欧拉方程，描述无粘流体运动的最基础方程。

　　“苏畅，别去想那些点云了。看着这个。”

　　林允宁的声音很平静，不带任何评判，“如果我让你盯着这一项……”

　　他用粉笔圈出了对流项(u·?)u。