在寒武纪从事软件架构工作期间，我深切体会到了软件开发的痛处。2016年我刚刚接手的时候，核心软件是由我和王禹卿两人负责开发，代码规模1万5千行；在2018年我离开的时候，开发团队增加到60余人，代码规模72万行。从代码行数来看，软件的复杂度每5个月就翻一倍。无论增加多少人手，团队仍旧承担着巨大的开发压力：客户需求急迫，需要立刻应对；硬件规模在变化，冲击了现有软件设计方案，很可能需要针对新硬件重新设计；新功能需要实现，老代码需要重构，越积攒越多；文档还没建立；测试还没建立……

我可能称不上一个专业的软件架构师，但是又有谁能在一开始就保证预见了未来的变化？试想一下，底层硬件一开始是单核，一年后变为多核，又一年后变为NUMA多核。在这种变化速度和幅度之下，同一套软件不经过大规模重构，怎么可能能够保持适应？问题的关键在于硬件的规模增加了，因而需要编程控制的抽象层次也在增多，使编程变得复杂。我们将问题定义为编程-规模相关性。

为了解决这个工程实践问题，我们开始了Cambricon-F的研究。

为了解决编程的规模相关性，需要引入一种规模不变量，我们找到的这种不变量是分形：分形的几何图形，在不同规模尺度上自相似。我们将应用负载以分形方式定义，将硬件结构也以分形方式定义，两个规模不变量均可自由缩放，直至找到互相适配的规模。

Cambricon-F首次提出分形冯·诺伊曼体系结构。该结构最大的特点是：

  • 串行编程，自动展开为适合硬件规模的并行执行；
  • 编程-规模无关性——程序中不体现硬件规模，可以在不同规模的Cambricon-F实例上迁移；
  • 通过分形流水线，保持了高效率。

论文发表在ISCA 2019。[DOI]