存算一體寫入十五五規(guī)劃，誰在埋頭解決通用與軟件生態(tài)難題？

智東西
作者 陳駿達(dá)
編輯 漠影

狂飆的AI，正給傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)帶來空前壓力。

國(guó)家數(shù)據(jù)局最新統(tǒng)計(jì)顯示，截至2026年3月，我國(guó)日均AI token調(diào)用量已突破140萬億。這一數(shù)據(jù)較2025年底的100萬億，在短短三個(gè)月內(nèi)增長(zhǎng)了40%以上；若與2024年初的1000億相比，兩年間累計(jì)增幅更是超過1000倍。

這些數(shù)據(jù)背后，是AI智能體、多模態(tài)交互、長(zhǎng)文本推理等場(chǎng)景的全面爆發(fā)。目前，業(yè)內(nèi)對(duì)單卡大吞吐、高并發(fā)、低功耗推理算力有著剛性需求，傳統(tǒng)算力卡受限于存儲(chǔ)墻與帶寬瓶頸，難以匹配token處理需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，算力供需錯(cuò)配持續(xù)加劇，而存算一體技術(shù)恰能針對(duì)性破解這一難題。

過去幾年，“存算一體”開始頻繁出現(xiàn)在各類政策文件中，而在“十五五”開局之年，這一技術(shù)被提升至前所未有的戰(zhàn)略高度：在十五五規(guī)劃綱要中，存算一體、三維堆疊、光電融合，一同被列為下一代集成電路技術(shù)的前沿架構(gòu)。

與此同時(shí)，中國(guó)的存算一體產(chǎn)業(yè)也正處于由概念導(dǎo)入邁向工程落地的關(guān)鍵階段。一方面，圍繞新架構(gòu)的初創(chuàng)企業(yè)持續(xù)涌現(xiàn)；另一方面，部分團(tuán)隊(duì)已從原型驗(yàn)證走向產(chǎn)品化過程。

在這一賽道中，自2022年開始運(yùn)營(yíng)的億鑄科技，是國(guó)內(nèi)較早布局的玩家。近期，智東西對(duì)話億鑄科技創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼CEO熊大鵬博士，圍繞存算一體的技術(shù)演進(jìn)、落地挑戰(zhàn)與產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)展開深入討論，也為這一方向的現(xiàn)實(shí)進(jìn)展提供了更具體的觀察視角。

一、從“馮?諾依曼架構(gòu)”說起：存算一體的技術(shù)本質(zhì)與現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

要理解存算一體的價(jià)值，我們首先要看看傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)為何在AI時(shí)代，變得力不從心了。

馮·諾依曼架構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主流設(shè)計(jì)藍(lán)圖，它的核心思想是“存儲(chǔ)程序”，即將程序指令和數(shù)據(jù)放在存儲(chǔ)單元中，與計(jì)算單元分離，計(jì)算單元可以自動(dòng)地從存儲(chǔ)單元逐條取出指令和所需的數(shù)據(jù)并執(zhí)行。

在AI時(shí)代，模型參數(shù)規(guī)模指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)規(guī)模和訪存需求增加，算力的增長(zhǎng)，卻撞上了“兩堵墻”——存儲(chǔ)墻與能耗墻。

具體來看，當(dāng)前算力增長(zhǎng)同時(shí)受限于數(shù)據(jù)搬運(yùn)效率和能耗約束：數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)與計(jì)算單元之間頻繁往返，搬運(yùn)開銷不斷攀升，帶寬與延遲瓶頸使算力難以充分釋放。

同時(shí)，數(shù)據(jù)搬運(yùn)本身就會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)超執(zhí)行計(jì)算的額外能耗，也就是說，大量能量被消耗在運(yùn)輸路上而非實(shí)際工作中，根據(jù)圖靈獎(jiǎng)得主、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)先驅(qū)約翰·軒尼詩（John L. Hennessy）的觀點(diǎn)，目前AI計(jì)算過程中數(shù)據(jù)搬運(yùn)的成本已經(jīng)達(dá)到了計(jì)算成本的100倍。

存算一體（Computing in Memory）正是針對(duì)這一問題提出的架構(gòu)思路，其核心在于將計(jì)算電路“嵌入”存儲(chǔ)陣列或其周圍，盡可能減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)和數(shù)據(jù)搬運(yùn)距離。其核心目的，是讓計(jì)算和存儲(chǔ)的協(xié)同變得能耗更低、效率更高、延時(shí)更短。

以億鑄的存算一體產(chǎn)品為例，該產(chǎn)品依托架構(gòu)原生的計(jì)算能力，提升了帶寬利用效率與并發(fā)處理能力，有效滿足了單卡大吞吐、大并發(fā)的實(shí)際需求。在長(zhǎng)上下文、高并發(fā)推理場(chǎng)景中，該產(chǎn)品的能效與吞吐指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)突破。

盡管架構(gòu)優(yōu)勢(shì)明確，但存算一體架構(gòu)的AI大芯片在落地過程中仍面臨多重挑戰(zhàn)。

首先是算法快速迭代。在仍然處于算法快速迭代周期的AI領(lǐng)域，這一問題尤為突出。AI領(lǐng)域平均每2—3年便出現(xiàn)新的主流范式，這對(duì)底層硬件提出通用性需求。

其次是軟件生態(tài)壁壘。當(dāng)前AI開發(fā)高度依賴成熟的軟件體系，尤其是以CUDA為代表的編程生態(tài)。

存算一體的新一代AI芯片必須做好通用性，并兼容主流軟件生態(tài)，從指令集、架構(gòu)、微架構(gòu)、核心IP、編譯器到算子優(yōu)化工具，整個(gè)技術(shù)棧都需具備相應(yīng)的設(shè)計(jì)能力和技術(shù)儲(chǔ)備。

新架構(gòu)若無法兼容主流工具鏈，將面臨開發(fā)者接受度不高的問題。

再次是工程實(shí)現(xiàn)難度。不同存儲(chǔ)介質(zhì)在密度、功耗、讀寫性能等方面存在復(fù)雜工程問題，且存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇取決于AI應(yīng)用落地場(chǎng)景。

最后是存算一體和通用計(jì)算的異構(gòu)融合難題。存算一體本質(zhì)上是一種專門為矩陣計(jì)算而生的計(jì)算單元，它需要和其他計(jì)算單元比如CPU、邏輯計(jì)算等構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算系統(tǒng)，也需要消除異構(gòu)融合存在的任務(wù)分工和切換的“氣泡”，從而達(dá)成性能的優(yōu)化。

熊大鵬認(rèn)為，存算一體AI芯片不是簡(jiǎn)單把存儲(chǔ)介質(zhì)和邏輯計(jì)算部分耦合在一起，而是從ISA指令集、架構(gòu)、微架構(gòu)、核心IP、軟件棧全鏈條技術(shù)的體系化創(chuàng)新和自主可控。

如何實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算精度、與其他計(jì)算單元高效協(xié)同、快速融入既有的軟件生態(tài)、完成傳統(tǒng)AI計(jì)算芯片承載的計(jì)算內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)全棧技術(shù)的自主可控，是除了“用存算一體技術(shù)實(shí)現(xiàn)矩陣計(jì)算”之外更難的技術(shù)高峰。

二、通用化探索：從架構(gòu)創(chuàng)新到生態(tài)兼容

目前，從計(jì)算方式來看，存算一體主要分為模擬存算一體和數(shù)字存算一體兩大路徑。

模擬存算一體利用存儲(chǔ)介質(zhì)的物理特性在模擬域完成乘加運(yùn)算，但在器件一致性、精度及精度可信度、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍以及浮點(diǎn)計(jì)算等維度存在短板。

數(shù)字存算一體則是圍繞存儲(chǔ)單元集成邏輯電路來實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算，保持高精度及可靠精度、高能效比和大算力優(yōu)勢(shì)，更易與通用計(jì)算融合，可支撐高精度通用計(jì)算和大模型推理，也是目前業(yè)內(nèi)的主流方向之一。

從存儲(chǔ)介質(zhì)來看，SRAM、NOR Flash、RRAM、3D DRAM、PCRAM等不同存儲(chǔ)器各有所長(zhǎng)。熊大鵬一共總結(jié)出了14個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)之間的差異點(diǎn)，包括密度、讀寫速度、讀寫次數(shù)、讀寫功耗、成本、良率、一致性、工藝兼容性、產(chǎn)能現(xiàn)狀等等。

面臨如此龐雜的選項(xiàng)，億鑄并未急于綁定某一技術(shù)路徑，而是選擇了“通用存算一體”的方向，熊大鵬也向我們解釋了通用存算一體的三個(gè)維度：

第一是存儲(chǔ)層面的通用性，即能否兼容不同存儲(chǔ)介質(zhì)；

第二是算力層面的通用性，即能否支持各類算法和模型；

第三是軟件生態(tài)的通用性，即能否兼容主流生態(tài)和被更多開發(fā)者使用。

這三個(gè)通用性，恰好回應(yīng)了目前存算一體在存儲(chǔ)介質(zhì)、算法迭代和軟件生態(tài)三個(gè)維度上的核心難題。

存算一體架構(gòu)目前的主要價(jià)值是兩個(gè)維度，一個(gè)是貢獻(xiàn)更低功耗，一個(gè)是貢獻(xiàn)更大容量和吞吐，兩者目前無法在同一存儲(chǔ)介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)，因此就必然帶來不同場(chǎng)景需求、不同取舍的優(yōu)先級(jí)決定了不同存儲(chǔ)介質(zhì)存算一體芯片的設(shè)計(jì)選擇。

億鑄已在實(shí)踐中已嘗試過兩種將新型存儲(chǔ)介質(zhì)應(yīng)用于存算一體的方案。這一架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)也在探索中顯現(xiàn)：企業(yè)可以根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)對(duì)容量、功耗、成本、性能的不同要求，靈活選擇存儲(chǔ)介質(zhì)。在當(dāng)下新型存儲(chǔ)介質(zhì)并進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一的階段，這也成為了一種面向不確定性的架構(gòu)保險(xiǎn)。

在軟件層面，兼容現(xiàn)有生態(tài)被億鑄視為關(guān)鍵策略之一。熊大鵬透露，其團(tuán)隊(duì)的實(shí)現(xiàn)路徑是通過指令集層面對(duì)Triton和CUDA等主流生態(tài)進(jìn)行兼容。不過，他也強(qiáng)調(diào)，兼容只是第一步：“能跑不代表跑得好，算子效率還需要持續(xù)優(yōu)化?！蓖ㄟ^編譯器和自動(dòng)優(yōu)化工具實(shí)現(xiàn)算子自動(dòng)生成和自動(dòng)優(yōu)化，極大減少軟件工作量和加快應(yīng)用部署時(shí)間，是通用存算一體的一大優(yōu)勢(shì)。

“軟件生態(tài)不是口號(hào)，而是工程師用腳投票的結(jié)果”，熊大鵬認(rèn)為，“只有被廣泛使用的軟件生態(tài)，才真正具備商業(yè)價(jià)值。”

三、存算一體重心調(diào)整，政策信號(hào)趨于明朗

回顧億鑄的發(fā)展路徑可以發(fā)現(xiàn)，其通用存算一體的路徑并非一蹴而就，而是在不斷嘗試中成型。

熊大鵬回憶稱，他曾在17年-19年專注于研發(fā)某創(chuàng)新架構(gòu)，但在落地過程中遭遇軟件生態(tài)和通用性巨大阻礙：“我們當(dāng)時(shí)的創(chuàng)業(yè)認(rèn)知是硬件性能更強(qiáng)就可以勝出，但后來發(fā)現(xiàn)，軟件生態(tài)的兼容性和通用性同樣關(guān)鍵。”這一經(jīng)驗(yàn)也成為億鑄在存算一體賽道堅(jiān)持在硬件架構(gòu)創(chuàng)新的同時(shí)，兼顧生態(tài)兼容和通用性的重要原因。

而在存儲(chǔ)架構(gòu)的通用性方面，億鑄也經(jīng)歷了認(rèn)知演變的過程。23年之前，產(chǎn)業(yè)對(duì)服務(wù)器級(jí)的AI算力卡的主流需求是基于75W功耗實(shí)現(xiàn)比T4更好的AI推理性能。

然而，自2023年開始，行業(yè)的重心向大模型和高存儲(chǔ)容量?jī)A斜。熊大鵬觀察到：“大模型（2023年前后）流行后，核心問題變成了大容量、大帶寬和token高吞吐率，同時(shí)功耗維持在合理的范圍內(nèi)?！?/p>

大容量、大帶寬、低成本的3D DRAM，開始在這一發(fā)展階段體現(xiàn)出價(jià)值。

早在2022年，億鑄便關(guān)注到了3D DRAM的潛力，并進(jìn)行持續(xù)探索和技術(shù)儲(chǔ)備。這些前置的技術(shù)探索，讓億鑄在算法迭代中可以快速實(shí)現(xiàn)方案的迭代，滿足大模型時(shí)代對(duì)“大容量、大吞吐、低功耗、高性價(jià)比”的AI大算力芯片的要求。

在中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尋求自主突破與差異化路徑的背景下，這一演進(jìn)路徑顯得尤為務(wù)實(shí)。

在全球算力競(jìng)爭(zhēng)格局中，傳統(tǒng)路徑高度依賴先進(jìn)制程與高帶寬存儲(chǔ)。在外部環(huán)境不確定性加大的背景下，探索新的架構(gòu)路徑被視為提升國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主能力的重要方向。

熊大鵬認(rèn)為，存算一體的價(jià)值在于從架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)突破：“它可以用成熟工藝達(dá)到和超越先進(jìn)工藝的性能，緩解對(duì)先進(jìn)工藝和HBM等高帶寬存儲(chǔ)的依賴，為算力提供新的解法。”

從這一視角來看，十五五規(guī)劃對(duì)存算一體的高度關(guān)注也顯得更為順理成章。熊大鵬說道，列入規(guī)劃代表國(guó)家已經(jīng)完成了技術(shù)原理論證與產(chǎn)業(yè)價(jià)值論證，政策信號(hào)已較為明確。

結(jié)語：存算一體，走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段

從政策支持到企業(yè)探索，存算一體正逐步走出概念驗(yàn)證階段，邁向產(chǎn)業(yè)化落地。在這一過程中，通用計(jì)算能力、軟件生態(tài)兼容以及工程實(shí)現(xiàn)路徑，將成為決定勝負(fù)的關(guān)鍵因素。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，熊大鵬給出了一個(gè)形象類比，現(xiàn)在的AI就像3G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，雛形已現(xiàn)、令人興奮，但貴、慢、還沒有成為人們生活、工作中不可或缺的組成部分。真正的爆發(fā)，還需要持續(xù)提高性能、降低成本。

他將未來理想的AI算力定義為“3+1”特征，即更低功耗、更高吞吐、更低成本，以及良好的軟件生態(tài)。目前，國(guó)際主流廠商至多做到1+1，比如軟件生態(tài)做的好，但無法實(shí)現(xiàn)功耗、吞吐、成本三者兼顧。而億鑄的團(tuán)隊(duì)正致力于用“通用存算一體”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的“3+1”閉環(huán)。

熊大鵬也認(rèn)為，隨著智能化時(shí)代進(jìn)一步的發(fā)展，算法的發(fā)展已經(jīng)帶來更加多元的算力需求，存算一體不是萬用良方，它有著很強(qiáng)的適用性，且和存儲(chǔ)介質(zhì)本身的物理特點(diǎn)和工藝現(xiàn)狀息息相關(guān)，但它一定會(huì)和更早的CPU、GPU、TPU、NPU一樣，在與其特點(diǎn)高度匹配的場(chǎng)景里發(fā)揮不可或缺的作用。