Компания Intel представила на Международной конференции IEEE по твердотельным схемам (ISSCC) в Сан-Франциско чип Heracles с полностью гомоморфным шифрованием (FHE), который превосходит топовый серверный процессор Intel по скорости вычислений с FHE в 5 тыс. раз, сообщил ресурс Spectrum.
Полностью гомоморфное шифрование позволяет выполнять вычисления над данными в зашифрованном виде без их расшифровки, но на стандартных процессорах и видеокартах оно работает крайне медленно. Heracles построен на основе 3-нм технологии FinFET и примерно в 20 раз больше большинства исследовательских чипов FHE, имеющих размеры около 10 мм² или меньше. Он размещён в корпусе с жидкостным охлаждением вместе с двумя стеками памяти HBM по 24 Гбайт. Такая конфигурация обычно используется в GPU для обучения ИИ.
Источник изображения: Intel
В основе Heracles лежат 64 вычислительных ядра — так называемые пары тайлов, — расположенные в сетке восемь на восемь и служащие в качестве SIMD-движков для полиномиальных вычислений, манипуляций и других операций, составляющих вычисления в FHE, а также для их параллельного выполнения. Встроенная в кристалл сеть 2D-mesh соединяет тайлы друг с другом широкими шинами по 512 байт.
Чип оснащён HBM-памятью объёмом 48 Гбайт со скоростью 819 Гбайт/с. На чипе данные размещаются в 64 Мбайт кеша, откуда они могут передаваться по массиву со скоростью 9,6 Тбайт/с, переходя от одной пары тайлов к другой.
Чтобы предотвратить взаимное влияние перемещения данных и математических вычислений, Heracles использует три синхронизированных потока инструкций: один для перемещения вне чипа, один для перемещения внутри чипа и один для арифметических операций.
Данная конструкция позволяет Heracles, работающему на частоте 1,2 ГГц, выполнять критически важные математические преобразования FHE всего за 39 мс, что в 2355 раз быстрее, чем процессор Intel Xeon, работающий на частоте 3,5 ГГц. По семи ключевым операциям Heracles быстрее него в 1074–5547 раз в зависимости от объёма необходимых операций перераспределения (shuffling).
Компания продемонстрировала на ISSCC возможности Heracles на примере простого частного запроса к защищённому серверу. Он имитировал запрос избирателя на проверку правильности регистрации его бюллетеня. В данном случае у штата есть зашифрованная база данных избирателей и их голосов: избиратель шифрует свой идентификационный номер и голос, а сервер проверяет совпадение без расшифровки и возвращает зашифрованный ответ, который пользователь затем расшифровывает на своей стороне.
На серверном процессоре Intel Xeon этот процесс занял 15 мс, а Heracles справился с задачей за 14 мс. Казалось бы, эта разница незаметна для отдельного человека, но проверка 100 млн бюллетеней занимает более 17 дней работы процессора Intel Xeon против всего 23 минут на Heracles.
Проект Heracles был запущен пять лет назад в рамках программы DARPA по ускорению FHE с помощью специализированного оборудования. Разработкой подобных чипов также занимается ряд стартапов, включая Fabric Cryptography, Cornami и Optalysys. Сану Мэтью (Sanu Mathew), руководитель исследований в области защищённых схем в Intel, считает, что у компании есть большое преимущество, поскольку её чип может выполнять больше вычислений, чем любой другой ускоритель FHE, созданный до сих пор. «Heracles — это первое оборудование, работающее в масштабе», — говорит он.
В дальнейшем компания планирует повышать скорость вычислений чипа за счёт тонкой настройки ПО. Она также будет испытывать более масштабные задачи FHE и изучать улучшения аппаратного обеспечения для потенциального следующего поколения. «Это как первый микропроцессор… начало целого пути», — отмечает Мэтью.
Источник:
