По большей части современные нейросетевые технологии используют ускорители на базе GPU или родственных архитектур как для обучения, так и для инференса. Впрочем, разработчики альтернативных решений не дремлют. В число последних входит компания IBM, недавно сообщившая об успешном завершении испытаний нового нейроморфного процессора NorthPole.
Разработкой чипов, в том или ином виде пытающихся имитировать работу живого мозга, компания занимается давно — чипы IBM TrueNorth второго поколения увидели свет более пяти лет назад. Уже тогда разработчики отошли от традиционных архитектур, отказавшись от понятия памяти как внешнего устройства.
Источник изображений здесь и далее: IBM Research
В итоге TrueNorth получил 400 Мбит (~50 Мбайт) сверхбыстрой интегрированной памяти SRAM (~100 Кбайт на ядро, всего 4096 ядер) и мог эмулировать 1 млн нейронов с 256 млн межнейронных связей. Чип моделировал бинарные нейроны, а вес каждого синапса был закодирован двумя битами.
FPGA (слева) используется только в качестве PCIe-моста
Новый 12-нм нейрочип NorthPole устроен несколько иначе: он состоит из 256 ядер, которые, впрочем, всё так же используют внутреннюю память общим объёмом 192 Мбайт. Дополнительно имеется буфер объёмом 32 Мбайт для IO-тензоров. Каждое из ядер NorthPole за такт способно выполнять 2048 операций с 8-бит точностью вычислений. В режимах 4- и 2-бит точности производительность растёт соответствующим образом. По словам IBM, новый NPU превосходит предшественника в 4000 раз и на частоте 400 МГц мог бы развивать производительность в районе 840 Топс.
Из-за довольно ограниченного объёма памяти NorthPole не подходит для запуска сложных нейросетей вроде GPT-4, но его главное назначение не в этом — чип позиционируется в качестве основы систем машинного зрения, в том числе в системах автопилотов, хирургических роботов и т.п. И в этом качестве новинка, состоящая из 22 млрд транзисторов и имеющая площадь кристалла 800 мм2, проявляет себя очень хорошо.
Результаты тестов на эффективность архитектуры NorthPole
Так, в тестах ResNet-50 NorthPole в 25 раз превзошёл по энергоэффективности сопоставимые по техпроцессу GPU, а показатели латентности при этом оказались в 22 раза лучше. В пересчёте на транзисторную сложность IBM говорит о превосходстве даже над новейшими 4-нм решениями NVIDIA. Полные результаты тестирования доступны на science.org.
К сожалению, речь всё ещё идёт об экспериментальном прототипе с довольно грубым по современным меркам 12-нм техпроцессом. По словам исследователей, производительность NorthPole благодаря более совершенным техпроцессам удалось поднять бы ещё в 25 раз. Параллельно IBM ведёт разработки в области ИИ-чипов с элементами аналоговой логики. Достигнутые в рамках 14-нм техпроцесса результаты позволяют говорить об удельной производительности в районе 10,5 Топс/Вт или 1,59 Топс/мм2.
Источник:
