chanong 和很多朋友聊天的时候，说到软硬件融合，他们都会这样说：“软硬件融合不是很明显吗？我感觉这个概念大概是二十、三十年前的事了。” 在他们的想法中，其实：软件和硬件的融合就相当于软件和硬件的协同，甚至是软件和硬件的结合。 他们混淆了软硬件结合、软硬件协同、软硬件集成等概念。
今天的文章将为大家详细介绍软硬件集成的概念和内涵，以及软硬件集成、软硬件协同、软硬件结合之间的区别和联系。
1 背景知识：软硬件协同开发
传统的系统设计中，软件和硬件的划分不够细致，软件和硬件紧密耦合、相互制约。 这就是我们常说的“软硬件结合”的设计思想。 当系统规模较小时，遇到的问题并不多。 即使遇到问题，调整的成本也不高，可以承受。
但随着系统规模逐渐扩大，软硬件结合的设计方法开始暴露出问题：
随着系统规模逐渐扩大，量变引发质变，传统软硬件结合设计的问题逐渐显现。 设计方法需要升级，从软硬件结合到软硬件协同。
软硬件协同是20世纪90年代提出的概念。 它强调在系统划分之前需要对系统有深入的了解，并通过非常仔细的系统分析和架构映射，对系统的软硬件划分进行仔细、准确的划分。
软硬件的划分是为了软硬件协同，所以软硬件协同设计的关键在划分之前，而不是划分之后。 划分之前，要深入思考软硬件工作划分的准确性，确保“接口”清晰高效，确保软硬件充分协同。 划分（解耦）后，不再相互制约，软件和硬件都可以充分创新，实现更强大的功能/性能。
传统的软硬件组合设计适合小型系统； 而软硬件协同设计则适合大型系统。 软硬件协同是大型系统的统一设计方法。 软硬件协同可以充分利用现有软硬件资源，最大限度地提高效率，缩短产品上市时间。
2 软硬件集成的基础 2.1 软硬件划分、处理器类型划分
世界上的一切都是由基本粒子组成的，复杂的处理是由基本计算组成的。 软件和硬件的划分是指软件和硬件通过某种“接口”解耦，而指令（集）就是软件和硬件之间的“接口”。 指令的复杂度（计算粒度或密度）决定了系统软硬件解耦的程度。
ISA（指令集架构）下，CPU、GPU等各种处理器都是硬件； ISA上面，各种程序、数据集、文件等都是软件。
根据指令的复杂程度，典型的处理器平台大致分为CPU、协处理器、GPU、FPGA、DSA和ASIC。 从左到右，单位计算变得越来越复杂。 性能越来越好，灵活性却越来越少。
CPU、GPU、DSA等各类处理器本质上都是基于不同程度的软硬件解耦的软硬件协同。
2.2 分层和基于块的系统
该系统由各种组件有机组成，即工作任务（），这些组件被划分为分层块。 整个系统是一个分层系统：每一层都建立在下一层的基础上，每一层通过特定的接口向上层提供服务； 在同一层中，模块还可以通过接口为其他模块提供服务。 提供服务。
多个小系统组成一个大系统，多个大系统组成一个宏系统； 反之，一个宏观系统可以分解为多个大系统，每个大系统又可以分解为多个小系统。
3 软硬件一体化 3.1 首先，软硬件一体化是一个设计理念
CPU、GPU等标准化处理器已经成为我们的主流计算平台，已经拥有非常庞大的生态系统。 在这些软硬件标准化、解耦的平台上，芯片工程师只需要专注于芯片设计和实现，软件工程师只需要专注于软件开发。 大家并行努力，平台保持“多年不变”，这是一种很舒服但却不可能的理想状态。
事物的发展不会停止。 CPU已经存在50多年了，性能已经达到顶峰； GPU已有20多年的历史，其性能增长相当缓慢。 大型模型应用通常需要数万张GPU加速卡，据说GPT5需要5万张GPU卡。 上层业务应用日新月异，现有的硬件平台已经不能满足我们的需求。
是时候打破软件和硬件之间的现有界限了！
没有规章制度的限制，回归系统本源，重新思考系统设计，重建新的、更复杂的软硬件协同。 这就是我们强调的软硬件一体化！
3.2 从软硬件结合、软硬件协同到软硬件集成
软硬件协同是20世纪90年代的产物，至今已有约30年的历史。 上层业务系统进行了改造，系统规模扩大了数百倍、数千倍。 如此复杂的系统很难准确划分软件和硬件。
于是，软件与硬件的一体化应运而生。
我们把面向软硬件结合的系统称为小系统，面向软硬件协同的系统称为大系统。 然后软硬件的集成面向宏观系统。
宏观系统可以分解为多个系统。 每个系统都需要软硬件协同，每个系统还需要进一步的协同。 众多软硬件协同组成的新的软硬件交互机制就是软硬件集成。
软硬件协同面向单一系统的计算场景； 软硬件集成面向多系统混合的复杂计算场景。 因此，软硬件集成的系统规模通常是软硬件协同的系统规模的10倍以上。
从软硬件协同到软硬件集成：软硬件协同是单系统软硬件设计的方法论； 软硬件集成是一种多系统复杂计算软硬件设计的方法论。
3.3 软硬件一体化的内涵
如果我们将工作任务映射到一个或多个处理引擎：
软硬件集成并不改变系统层次结构和组件之间的交互关系，而是打破传统软硬件的界限，系统地、动态地重构软硬件的分工/协作，实现整体优化。
在传统的软硬件系统中，分层非常清晰：下层硬件和上层软件。 在软硬件集成的层次划分中，每个任务都是基于不同层次软硬件解耦的重新协作； 基于不同工作任务的软硬件协同，实现工作任务之间的协同。
从全局来看，整个系统呈现为：软件内有硬件，硬件内有软件，软件与硬件融为一体。
3.4 软硬件融合趋势
目前仅限于：
因此，未来一定时期内，软硬件融合的主要趋势是逐步将工作任务从软件卸载到硬件。
哪些工作任务适合卸载？ “无规模，不卸载（）”，超大规模是卸载工作任务的前提。 因此，我们可以总结出适合卸载的工作任务有两个基本特征：（1）性能敏感，占用CPU资源较多； (2)广泛部署，运行在许多计算设备上。
从宏观角度来看，在分层系统中，上层更加灵活，具有更多的软件组件，而下层更加固定，具有更多的硬件组件。 同时，随着系统规模越来越大，复杂的分层系统具有“28个规律”的特征也越来越明显。由此，很多底层工作任务逐渐稳定下来，并逐渐卸载到硬件（被动趋势）。
另外，通过软硬件一体化的架构设计，可以让“硬件”变得更加灵活、更加强大，从而将更多分层的功能卸载到“硬件”上（主动抢占）。
4 软硬件集成总结
软硬件一体化不仅是一种理论和概念，更是一种方法和解决方案。
软硬件集成系统中的各项工作任务是基于软硬件的平衡/解耦来协调的。 软硬件融合系统各工作任务之间的连接(软件之间、软件与硬件之间、硬件之间的连接)和调用具有极致的性能和灵活性。 软硬件一体化系统可以兼顾软件的灵活性和硬件的高性能，实现两者兼得。
软硬件一体化，实现CPU、GPU、DSA等多种处理引擎充分协同的异构融合计算。
软硬件集成承上启下，从产品定义和系统架构开始，逐步扩展到整个系统堆栈。
软硬件融合的必要性和必然性：
软硬件一体化的意义：
（正文结束）
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