Компания AMD продолжает активно развивать направление процессоров для встраиваемых систем: если в начале года она представила гибридную платформу Embedded+, сочетающую в себе архитектуру Zen и ПЛИС Versal, то сегодня анонсировала процессоры Ryzen Embedded 8000 с интегрированным ИИ-сопроцессором.

Это первое решение AMD для промышленного применения, сочетающее в себе целых три архитектуры: классическую процессорную Zen 4, графическую RDNA 3 и предназначенную для ИИ-вычислений XDNA. Новые процессоры должны найти применение в системах машинного зрения, робототехнике, промышленной автоматике и многих других сценариях.

Источник: AMD

AMD говорит о производительности в ИИ-сценариях, достигающей 39 Топс, что в рамках теплопакета, не превышающего у старшей модели 54 Вт, выглядит неплохо. Но в данном случае речь идёт о совокупной производительности всех архитектур, на долю же NPU приходится только 16 Топс. В качестве памяти используется двухканальная DDR5-5600 с поддержкой ECC.

Благодаря графическому ядру RDNA 3 новые Ryzen Embedded 8000 смогут выводить информацию на четыре экрана с разрешением 4K, а также обеспечивать кодирование и декодирование всех популярных видеоформатов, включая H.264, H.265 и AV1. Для связи со специфическими ускорителями или контроллерами оборудования чипы получили 20 линий PCI Express 4.0.

На момент анонса в серию Ryzen Embedded 8000 вошли четыре процессора — два шестиядерных (8645HS и 8640U) и два восьмиядерных (8845HS и 8840U), оба варианта поддерживают SMT и имеют тактовые частоты в диапазоне от 3,3 до 5,1 ГГц. Теплопакет у новинок конфигурируемый, в зависимости от условий охлаждения он может варьироваться либо в пределах 15–30 Вт или 35–54 Вт, что позволит обойтись пассивным теплоотводом там, где это необходимо.

Новые решения AMD будут сопровождаться средствами SDK, поддерживающими Windows, а также популярные ИИ-фреймворки PyTorch и TensorFlow. В том числе анонсированы уже обученные модели, которые доступны на HuggingFace. В деле построения экосистемы для Ryzen Embedded 8000 компания тесно сотрудничает с известными производителями оборудования, в том числе с Advantech, ASRock и iBASE. Также для новых процессоров заявлен удлинённый жизненный цикл.

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.