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新的芯片架构和技能

2022-04-22 10:58:42 | 作者:bob球彩

  运用需求越来越火急,带动着相应的AI推理芯片向前开展。所谓边际侧AI,是指在端侧设备自身,而不是在云端或大型数据中心服务器上运转AI推理,这样做具有多种好处,例如消除了处理推迟,削减了数据传输量和带宽,并且还可以添加隐私安全。鉴于这种优势,边际AI芯片商场的添加十分明显——2017年,商场才出现第一款商用企业边际AI芯片,据德勤估计,2020年,边际AI芯片销量将超越7.5亿个。

  2018年,全球人工智能芯片商场规划为66.4亿美元,估计未来几年将大幅添加,到2025年将到达911.9亿美元,年复合添加率为45.2%。因而,许多公司都在尽力开发人工智能芯片。但是,相似于CPUGPU和基带处理器商场的生长进程,AI芯片商场也在阅历着由少量大型玩家主导的命运。

  在人工智能芯片商场比赛的公司,从英特尔高通Arm和Nvidia等芯片巨子,到传统的互联网科技巨子,以及许多新式企业,如Graphcore、Mythic和Wave Computing。现在,绝大多数(90%)边际 AI 芯片用于消费类设备,许多智能手机制作商也没有错失这个时机,开发了自己的AI加快器,例如,苹果用于iPhone的8核神经引擎。

  现在,边际AI芯片商场仍处于较为敞开的比赛状况,还没有肯定的霸主。业内人士和出资者都在亲近重视那些技能和产品力杰出的公司。该范畴将不行防止地经过出资、收买和优胜劣汰向前开展。未来几年内,或许会出现商场领导者,那么,谁将成为边际AI芯片范畴的英特尔或高通呢?

  在广义层面,AI芯片的领跑者是英特尔和英伟达(Nvidia)。现在,英特尔的CPU在AI推理商场占有主导位置,而Nvidia则主导着AI操练芯片商场。但是,相关于英特尔,Nvidia好像更胜一筹,在数据中心AI芯片商场处于领先位置。为了赶超对手,英特尔不断经过收买相关的AI芯片草创企业来进步技能才干,就在2019年12月,英特尔以20亿美元收买了以色列的深度学习加快器开发商Habana。

  Habana的Goya加快器的确有独到之处,其技能很新颖,例如支撑长途直接内存拜访 (RDMA),即从一台核算机的内存直接拜访到另一台核算机的内存,而无需运用任一核算机的操作系统。此功用特别适用于大规划并行核算机集群,然后用于在云上操练杂乱模型(现在,Nvidia在该范畴占主导位置)。另一方面,Nvidia 最近发布了其 Jetson Xavier NX 边际AI芯片,其算力高达21TOPS,特别是针对AI推理。

  此外,一些AI芯片新星也很吸睛,如英国的Graphcore,最近,该公司与微软协作,以19.5亿美元的估值融资1500万美元。他们的旗舰产品 - 智能处理单元(IPU) - 具有极强的功用指标和新颖的架构,例如,运用处理器内内存将整个 ML 模型放在处理器内,以最大极限地削减推迟并最大化内存带宽。

  其他一家草创企业Mythic 的系统结构相同值得重视,它结合了硬件技能,如内存核算(无需构建缓存层次结构)、数据流系统结构(特别适用于依据图形的运用,如推理)和模仿核算(经过运用内存元素作为可调谐电阻器核算直接在内存内部进行神经网络矩阵操作)。Mythic在融资方面也没有落后于 Graphcore — — 2019 年 6 月,软银等出资者向其添加了3000万美元的出资。

  尽管还不清楚谁将终究主导AI芯片商场,但从前史开展(如CPU和基带处理器范畴)经历来看,IP是制胜要害,谁在这方面占有了先机,就将在比赛中处于优势位置。因而,立异依然是开展壮大的要害。

  在立异方面,本年连续出现了一些新的边际AI芯片架构,要点针对边际 AI 进行了优化。而新式的RISC-V在其间扮演着重要的人物。由所以开源的,RISC-V指令集系统结构具有各种指令扩展,可进步边际AI的功用,并下降功耗。依据这些,RISC-V在边际侧运用对Arm发起了应战。

  本年10月,Nvidia提议收买Arm,再次引起了Arm与RISC-V之争的论题。对此,Facebook首席人工智能科学家Yann LeCun在法国研讨实验室CEA-Leti的立异日上发言说,应该向RISC-V搬运,用于为边际AI运用运转神经网络。

  他说:“Nvidia收买Arm这一改变让人感到不安,这让人们更多地看到了RISC-V的开展潜力,RISC-V处理器的价格十分廉价,不到10美元,许多来自我国,它们将变得无处不在。“

  ”边际AI是一个超级重要的论题,“Yann LeCun说:”在未来两到三年内,它意味着尽或许下降功耗,修剪神经网络,优化权重,封闭系统中未运用的部分。在未来两到三年内,运用这种AI芯片的AR设备将连续出现。“

  他还说到:“十年后,在自旋电子学方面是否会有一些打破,或许任何答应模仿核算而无需硬件多路复用?咱们能否想出相似的东西,在不进行硬件多路复用的状况下,大大缩小单个芯片的设备尺度,这是一个很大的应战。“

  Leti 首席履行官 Emmanual Sabonnadiere 标明:”公司正在为下一代芯片开发 1nm 和 2nm 技能,我深信咱们可以不同的方法,运用传感器、神经网络和操控器来完结这种硬件。咱们正在尽力拟定国家方案,边际AI旨在阻挠数据众多并维护隐私。“

  Leti 也是全欧洲神经网络方案的一份子,该方案正在研讨神经网络芯片的新渠道。

  CEA-Leti的副首席履行官兼首席技能长让·雷内·莱奎佩斯(Jean Rene Lequeypes)标明:“现在,咱们已有 2000 多人在尽力研讨下一代AI技能。坐落贝尔焦姆的伊梅克、德国的弗劳恩霍夫和莱蒂正在开发一个边际AI渠道,除此之外,咱们还在格勒诺布尔的因里亚(Inria)作业,以研制Facebook和硅谷大公司需求的下一代技能和产品。“

  应战在于集成一切不同的元素,而无需运用 5nm制程及以下所需的EUV光刻机。

  Lequeypes 说:”咱们期望取得 1000TOPS/mW 的终极功用,这是一个十分大的应战,以及怎样处理信息存储,以及怎样集成这些存储器而无需运用EUV。“

  以上,说到了高功用和低功耗,在边际侧,对低功耗的要求十分高,在某种意义上讲,它比功用更为重要。这是当下边际AI芯片研讨的一个要点。

  比利时的 Imec 运用一种新技能开发了一种测验芯片,这种技能可明显下降机器学习边际 AI 系统的功耗。

  模仿内存核算(AiMC)架构运用经过修正的内存单元在网络边际处理经过操练的神经网络中的数据,其功率功率为 2900TOPS/W。

  “咱们建立了一个特其他核算单元,经过削减量字传输来节约能耗,”imec机器学习项目主管迪得里克·维克斯特说。“依据脉冲宽度,在继续进行数字核算之前,可以得到ADC上权重的求和,”他说。

  “在这个芯片中,咱们运用3级权重。权重可以是 -1、0 或 1,咱们运用两个 SRAM单元来存储此权重等级。核算单元是一个模仿电路,在两个SRAM单元上有几个额定的晶体管,这会发生与存储的3级权重和激活信号(DAC的输出)的乘法成正比的模仿信号。因而,严格地说,3 级权重以数字方法存储,但一切核算都是在模仿域中完结的。“

  ”模仿推理加快器(AnIA)的成功流片标志着向AiMC验证迈出了重要一步,“他弥补说:”参阅规划不只标明模仿内存核算在实践中是可行的,并且标明它们比数字加快器完结了10到100倍的能效。从咱们的视点来看,这是机器学习程序中的一个里程碑,标明模仿核算可以具有与数字核算相同的精度。“

  AnIA测验芯片已选用格芯(GF)坐落德国德累斯顿的22nm FD-SOI低功耗工艺渠道,芯片面积为 4平方毫米,具有 1024 个输入和 512 个输出信号,其功用与当今的GPU相似。它显现的精度与数字完结相同,到达1%,但能效为 2900TOPS/W。低功耗和低本钱的结合为嵌入式硬件中的边际AI图像识别和传感供给了时机。

  GF核算和有线基础设施产品办理副总裁 Hiren Majmudar 标明:”在AI范畴,模仿核算是一种很有开展前景的前沿技能,因为它答应削减量据移动,这将成为干流。“

  Majmudar说:“此测验芯片向业界展现了22FDX是怎样明显下降机器学习运用芯片功耗的。咱们取得了与GPU相同的功用,但具有更高的能效。“

  现在,新的 AiMC 功用正在德国德累斯顿Fab 1的先进300mm出产线上进行开发。

  估计模仿核算AI芯片将在本年年末或明年初投入出产,并在2022年晚些时分进入群众商场,乃至或许更早。

  GF运用了经过修正的SRAM单元,也可选用其他内存技能,如MRAM,闪存,DRAM等。

  在低功耗AI芯片方面,Socionext开发了一个原型芯片,它结合了新开发的量化深度神经网络(DNN)技能,为小型和低功耗边际核算设备完结了先进的AI处理才干。该原型是日本新动力和工业技能开发安排(NEDO)托付的”低功耗AI-Edge LSI技能开发“项目的一部分。

  Socionext开发了一种依据”量化DNN技能“的专有架构,以削减深度学习所需的参数和激活位。结果是进步了 AI 处理的功用,一起下降了功耗。该系统结构除了传统的 8 位之外,还集成了 1 位(二进制)和 2 位(三位)的位减缩,以及该公司的原始参数紧缩技能,大大削减了核算数据量。

  这些新技能集成在原型AI芯片中,据报道,它的功耗不到5W。该公司称,这比传统的通用GPU功率高10倍。

  其他一家草创AI公司Sima.ai研制了名为MLSoC的芯片,这是一个针对核算机视觉的卷积神经网络渠道。该芯片原方案在2020年末流片,选用16nm制程。该公司的方针是处理每秒最高帧/瓦。

  该公司称,该芯片将在5W时供给50TOPS的算力,在20W时供给200TOPS的算力。

  当被问及怎样与英特尔-Mobileye和Nvidia等老牌企业比赛时,Sima.ai的高层标明,下降功耗是要害,因为客户期望在能耗受限的状况下扩展其作业负载。

  现在,边际AI芯片技能和商场都不老练,处于群雄逐鹿的阶段。此刻,各种标准还没成型,存在着一些问题和危险,如系统误差和AI伦理品德问题。

  亚马逊AI和机器学习相关人士标明,即便有最好的目的,数据会集也或许存在误差,并引进具有事务、品德和监管模型中。这意味着模型办理员有必要了解系统中潜在的误差来历。

  关于简略且易于了解的算法,破解模型、检查操练期间学到的参数,以及确认它首要运用哪些功用适当简略。

  但是,跟着模型变得越来越杂乱,这种剖析变得不或许。许多公司和安排或许需求 ML 模型才干解说,然后才干在出产中运用。此外,当 ML 模型用作相应决议计划的一部分时,某些规矩或许需求解说,而封闭循环时,可解说性也有助于检测误差。

  要害是将这些误差监督和缓解东西集成到边际 AI 作业流中,以便开发人员可以运用它们。

  跟着AI的开展,其伦理品德问题开端浮出水面,涉及到以下准则:人类自主性、可解说性、继续重视和警惕性、隐私和安全规划。

  恩智浦在一份声明中标明:”作为AI范畴的立异者,咱们致力于运用品德准则。顾客依托AI来承当更多职责和决议计划,尤其是在人们期望其设备通明、公正、安全地运转时,安全性是要害。经过将这些品德准则构建到可以感知、解说和剖析边际数据的设备中,就可以启用以符合品德方法采纳举动的AI了。

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