本技術(shù)涉及量子計(jì)算領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元和融合算力集群架構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、利用量子力學(xué)原理進(jìn)行信息處理的量子計(jì)算機(jī)，在解決如大數(shù)因式分解、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)搜索等特定問(wèn)題時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)，然而，構(gòu)建和維護(hù)量子計(jì)算機(jī)需要的成本極高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元和融合算力集群架構(gòu)。

2、本技術(shù)實(shí)施方式提供一種量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元，所述量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元包括中央處理器、圖形處理單元和量子處理單元；

3、所述中央處理器被配置為根據(jù)獲取的計(jì)算任務(wù)調(diào)用所述圖形處理單元和/或所述量子處理單元；

4、所述圖形處理單元被配置為響應(yīng)于所述中央處理器的調(diào)用，處理所述計(jì)算任務(wù)中的經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)；

5、所述量子處理單元基于預(yù)設(shè)集成方式接入所述中央處理器，所述量子處理單元被配置為響應(yīng)于所述中央處理器的調(diào)用，處理所述計(jì)算任務(wù)中的量子計(jì)算子任務(wù)，其中所述預(yù)設(shè)集成方式的時(shí)延低于預(yù)設(shè)閾值。

6、如此，本技術(shù)提供的量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元包括中央處理器、圖形處理單元和量子處理單元。中央處理器能夠根據(jù)獲取的計(jì)算任務(wù)調(diào)用圖形處理單元和量子處理單元中的一個(gè)處理單元或者兩個(gè)處理單元。圖形處理單元能夠響應(yīng)于中央處理器的調(diào)用，處理計(jì)算任務(wù)中的經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)。而基于預(yù)設(shè)集成方式接入中央處理器的量子處理單元?jiǎng)t能夠響應(yīng)于中央處理器的調(diào)用，處理計(jì)算任務(wù)中的量子計(jì)算子任務(wù)，其中預(yù)設(shè)集成方式的時(shí)延低于預(yù)設(shè)閾值。這樣，由于量子處理單元是基于時(shí)延低于預(yù)設(shè)閾值的預(yù)設(shè)集成方式接入中央處理器的，所以中央處理器能夠屏蔽通訊上的差異，無(wú)需關(guān)心自身和量子處理單元之間在通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等方面的差異，與中央處理器使用其他硬件資源一樣使用量子處理單元，從而實(shí)現(xiàn)單一計(jì)算單元內(nèi)的超量融合計(jì)算，數(shù)據(jù)和任務(wù)可以在同一個(gè)計(jì)算單元內(nèi)進(jìn)行處理，減少了數(shù)據(jù)傳輸和處理的時(shí)間，降低了延遲，增加了量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元的工作效率。并且，由于量子處理單元基于預(yù)設(shè)集成方式接入該量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元，使得該量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元既能夠具備量子計(jì)算機(jī)的算力優(yōu)勢(shì)，又能集中管理和維護(hù)量子算力資源，從而降低成本。此外，中央處理器能夠根據(jù)計(jì)算任務(wù)的具體情況使用不同的調(diào)用方案，合理分配算力資源，適應(yīng)不同的計(jì)算需求，降低使用成本。

7、某些實(shí)施方式中，所述圖形處理單元包括多個(gè)能夠并行處理所述經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)的圖形處理子單元。

8、如此，圖形處理單元中包括多個(gè)能夠并行處理經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)的圖形處理子單元。這樣，中央處理器能夠調(diào)用圖形處理單元中的多個(gè)圖形處理子單元對(duì)經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)進(jìn)行處理，通過(guò)并行計(jì)算加速經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)的處理效率。

9、在某些實(shí)施方式中，所述量子處理單元包括多個(gè)能夠并行處理所述量子計(jì)算子任務(wù)的量子處理子單元。

10、如此，量子處理單元包括多個(gè)能夠并行處理量子計(jì)算子任務(wù)的量子處理子單元，基于量子力學(xué)原理的量子處理子單元相對(duì)于圖形處理子單元來(lái)說(shuō)，對(duì)計(jì)算任務(wù)的處理速度較快。這樣，中央處理器通過(guò)調(diào)用量子處理單元中的多個(gè)量子處理子單元對(duì)量子計(jì)算子任務(wù)進(jìn)行處理，能夠并行計(jì)算，相對(duì)于使用單個(gè)量子處理單元來(lái)說(shuō)，處理速度更快，工作效率更高。

11、在某些實(shí)施方式中，所述中央處理器被配置為：

12、對(duì)所述計(jì)算任務(wù)進(jìn)行拆分處理，以得到所述經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)和所述量子計(jì)算子任務(wù)；

13、根據(jù)所述經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)，基于圖形驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用所述圖形處理單元，處理所述經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)；

14、根據(jù)所述量子計(jì)算子任務(wù)，基于量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用所述量子處理單元，處理所述量子計(jì)算子任務(wù)。

15、如此，中央處理器能夠?qū)τ?jì)算任務(wù)進(jìn)行拆分處理，以得到經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)和量子計(jì)算子任務(wù)。并且，中央處理器能夠根據(jù)經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)，基于圖形驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用圖形處理單元，處理經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)，圖形驅(qū)動(dòng)程序能夠?qū)?lái)自中央處理器的指令轉(zhuǎn)化為圖形處理單元能夠理解的格式。此外，中央處理器還能夠根據(jù)量子計(jì)算子任務(wù)，基于量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用量子處理單元，處理量子計(jì)算子任務(wù)。這樣，中央處理器能夠?qū)?fù)雜的計(jì)算任務(wù)拆分為經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)和量子計(jì)算子任務(wù)，使得中央處理器能夠針對(duì)不同的計(jì)算類(lèi)型采用最合適的處理方式，合理地使用算力資源，從而降低使用成本。對(duì)于經(jīng)典計(jì)算子任務(wù)，中央處理器通過(guò)使用圖形驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用圖形處理單元進(jìn)行處理。對(duì)于量子計(jì)算子任務(wù)，中央處理器通過(guò)使用量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用量子處理單元進(jìn)行處理，量子驅(qū)動(dòng)程序能夠隱藏量子處理單元和中央處理器之間在通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等方面的差異，使得中央處理器無(wú)需關(guān)心量子計(jì)算機(jī)的具體細(xì)節(jié)，能夠直接從高層次管理和使用量子處理單元。

16、在某些實(shí)施方式中，所述量子處理子單元包括超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、光量子量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)、中性原子量子計(jì)算機(jī)和/或半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)，所述中央處理器被配置為基于所述量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用所述量子處理子單元，處理所述量子計(jì)算子任務(wù)。

17、如此，量子處理子單元包括超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、光量子量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)、中性原子量子計(jì)算機(jī)和/或半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)。這樣，不同的量子處理子單元均有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景，中央處理器能夠根據(jù)具體的計(jì)算需求通過(guò)量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用最合適的量子處理子單元，處理不同的量子計(jì)算子任務(wù)，從而優(yōu)化算力資源的使用。

18、在某些實(shí)施方式中，所述量子處理子單元包括量子仿真機(jī)，所述量子仿真機(jī)基于所述圖形處理單元構(gòu)建，所述中央處理器被配置為基于所述量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用所述量子仿真機(jī)；

19、所述量子仿真機(jī)被配置為基于所述圖形驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用所述圖形處理單元，以使所述量子仿真機(jī)模擬所述量子處理子單元，處理所述量子計(jì)算子任務(wù)。

20、如此，量子處理子單元還包括基于圖形處理單元構(gòu)建的量子仿真機(jī)。中央處理器能夠通過(guò)量子驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用量子仿真機(jī)，量子仿真機(jī)再通過(guò)圖形驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用圖形處理單元，以使量子仿真機(jī)模擬量子處理子單元，處理量子計(jì)算子任務(wù)。這樣，中央處理器通過(guò)量子驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒘孔佑?jì)算子任務(wù)發(fā)送給量子仿真機(jī)，量子仿真機(jī)通過(guò)圖形驅(qū)動(dòng)程序利用圖形處理單元的并行處理能力模擬量子處理子單元的行為處理量子計(jì)算子任務(wù)。由于量子仿真機(jī)基于圖形處理單元構(gòu)建，因此不需要昂貴的量子硬件。并且量子仿真機(jī)更容易進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)，可以快速適應(yīng)不同的計(jì)算需求和實(shí)驗(yàn)設(shè)置。此外，在量子仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化通常比在實(shí)際量子硬件上更容易，因?yàn)榉抡姝h(huán)境提供了更多的控制和可觀測(cè)性。

21、在某些實(shí)施方式中，所述預(yù)設(shè)集成方式包括板級(jí)集成方式、局域網(wǎng)集成方式或網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)線集成方式。

22、如此，預(yù)設(shè)集成方式包括板級(jí)集成方式、局域網(wǎng)集成方式或網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)線集成方式。不同的預(yù)設(shè)集成方式具有不同的特點(diǎn)和不同的適用場(chǎng)景，根據(jù)自身需求選取預(yù)設(shè)集成方式中的一種或多種適合的集成方式將量子處理子單元集成到中央處理器。

23、本技術(shù)實(shí)施方式提供一種融合算力集群架構(gòu)，所述融合算力集群架構(gòu)包括計(jì)算資源層，所述計(jì)算資源層包括上述任意一項(xiàng)所述的量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元，所述計(jì)算資源層被配置為對(duì)所述計(jì)算任務(wù)進(jìn)行處理。

24、如此，本技術(shù)提供一種融合算力集群架構(gòu)，該融合算力集群架構(gòu)包括計(jì)算資源層，而計(jì)算資源層包括上述任意一項(xiàng)的量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元，計(jì)算資源層被配置為對(duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行處理。這樣，在處理計(jì)算任務(wù)時(shí)，由于該融合算力集群架構(gòu)包括上述量子-經(jīng)典融合計(jì)算單元，能夠直接以極高效的方式運(yùn)行，避免了大量任務(wù)排隊(duì)、資源重分配和網(wǎng)絡(luò)通訊的時(shí)間，從而增加了該融合算力集群架構(gòu)的工作效率。此外，該融合算力集群能夠集中管理和維護(hù)量子算力資源，從而減少運(yùn)維成本。

25、在某些實(shí)施方式中，所述融合算力集群架構(gòu)還包括交互層，所述交互層被配置為：

26、根據(jù)接收到的輸入提交所述計(jì)算任務(wù)。

27、如此，融合算力集群架構(gòu)還包括交互層，交互層能夠根據(jù)接收到的輸入提交所述計(jì)算任務(wù)。這樣，交互層接收到計(jì)算任務(wù)并將該計(jì)算任務(wù)提交后，以便后續(xù)進(jìn)程中，融合算力集群架構(gòu)能夠?qū)υ撚?jì)算任務(wù)進(jìn)行處理。

28、在某些實(shí)施方式中，所述融合算力集群架構(gòu)還包括任務(wù)調(diào)度層，所述任務(wù)調(diào)度層被配置為：

29、接收所述交互層提交的所述計(jì)算任務(wù)，并根據(jù)所述計(jì)算任務(wù)對(duì)所述計(jì)算資源層進(jìn)行調(diào)度。

30、如此，融合算力集群架構(gòu)還包括任務(wù)調(diào)度層，任務(wù)調(diào)度層能夠接收交互層提交的計(jì)算任務(wù)，并根據(jù)計(jì)算任務(wù)對(duì)計(jì)算資源層進(jìn)行調(diào)度。這樣，任務(wù)調(diào)度層根據(jù)計(jì)算任務(wù)的特點(diǎn)和需求，對(duì)計(jì)算資源層進(jìn)行調(diào)度，能夠?qū)⒂?jì)算任務(wù)進(jìn)行合理的分配，確保計(jì)算任務(wù)在適當(dāng)?shù)挠?jì)算資源上以高效的方式執(zhí)行。

31、本技術(shù)的實(shí)施方式的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本技術(shù)的實(shí)施方式的實(shí)踐了解到。