Популярность машинного обучения влияет на эволюцию архитектуры процессоров

Процесс развития архитектур центральных процессоров подобен эволюционному. Их создают разработчики для соответствия той или иной эволюционной нише, требующей каких-либо специфических вычислений, наборов инструкций и тому подобное. Иногда эволюционные ниши схлопываются —  и вымирают целые семейства процессоров. В качестве примера можно привести Alpha. Сейчас основную нишу удерживают x86-совместимые решения, но о них чуть позже. В 2017 году уже ни у кого нет сомнений, что возникла новая экологическая ниша — специализированные процессоры для нейронных сетей и машинного обучения.

Google TPU

О таких решениях мы писали неоднократно. Здесь и Google Tensor Processing Unit, и разработка Fujitsu под названием DLU (Deep Learning Unit), и процессор Graphcore IPU (Intelligent Processing Unit), и многочисленные разработки и прототипы на базе ПЛИС компаний Altera и Xilinx, которыми интересуется всё больше крупных владельцев ЦОД по всему миру, например, Baidu. Да и графические чипы последних поколений отлично справляются с задачей создания и натаскивания нейросетей благодаря глубокой степени параллелизма, хотя делают они это не столь экономично, как специально созданные для этой цели решения. Смысл в том, что эволюционная ниша сформирована, и теперь в ней наблюдается типичная борьба за выживание: в графических чипах NVIDIA появляются специальные ядра для тензорных вычислений (в Volta V100 таких ядер 640).

Intel Knights Mill

Обычно эти ядра оперируют математикой с упрощённой точностью (32 и 16 бит с плавающей запятой, а иногда и целочисленными форматами вплоть до 8 битных). У AMD есть аналогичный продукт — ускорители серии Radeon Instinct. Но что самое интересное, эволюционная «мутация» закрепляется и в обычных, казалось бы, x86-совместимых процессорах — совсем недавно мы описывали читателям чипы Intel Knights Mill, в которых часть общей производительности принесена в угоду производительности на специализированных задачах машинного обучения. Кто победит в эволюционной гонке? Пока сказать трудно. Такие решения, как NVIDIA Volta и Radeon Instinct может ждать судьба динозавров — по соотношению энергопотребления к производительности в специальных задачах они проигрывают тому же Google TPU.

Fujitsu Deep Learning Unit

Роль протомлекопитающих в этом процессе, судя по всему, играют решения на базе ПЛИС, а королями нейронных сетей станут специализированные мощные процессоры, такие, как Google TPU. Но эволюция — процесс нелинейный, и ряд ниш вполне может найтись для решений, способных не только работать с системами машинного обучения. К тому же, сами системы обучения могут быть очень разными и требовать гибкости, к которой чипы типа ASIC не способны по определению. Может потребоваться и параллельное выполнение задач иного порядка, так что чипам вроде Intel Knights Mill тоже найдётся место на ветвистом дереве эволюции процессоров. Пока ясно одно —  «ген» машинного обучения поселился в современных процессорах надолго.