Google投入自家AI芯片　期望發(fā)揮帶頭角色

　　日前Google針對(duì)資料中心市場(chǎng)推出自家晶片Tensor Processing Unit (TPU)，專門應(yīng)付處理大量數(shù)據(jù)需求。評(píng)論指出，Google之所以推出該技術(shù)，主要出發(fā)點(diǎn)在于追求效能、降低耗能與帶領(lǐng)其他業(yè)者一同加入打造TPU的行列。

　　據(jù)Network World報(bào)導(dǎo)，過(guò)去由IBM大型主機(jī)與升陽(yáng)(Sun)伺服器處理的資料中心工作量自從受到諸如Google等云端業(yè)者帶動(dòng)后，更讓英特爾(Intel)的PC硬體將其普及化，不過(guò)，日前Google公布自家TPU效能與架構(gòu)詳細(xì)研究報(bào)告后，上述情況恐將從此改變。

　　首先，TPU并非類似英特爾中央處理器(CPU)或NVIDIA繪圖處理器(GPU)的晶片，而是屬于機(jī)器學(xué)習(xí)的ASIC特殊應(yīng)用晶片。機(jī)器學(xué)習(xí)包括訓(xùn)練與推理兩大部分。訓(xùn)練是指利用數(shù)據(jù)將電腦程式化。

　　在機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供各種語(yǔ)言的句子并教導(dǎo)電腦翻譯成其他語(yǔ)言屬于訓(xùn)練，而口說(shuō)或在智慧型手機(jī)內(nèi)輸入某語(yǔ)言的句子轉(zhuǎn)變成另一種語(yǔ)言則是推理。

　　由于TPU是針對(duì)推理的特殊任務(wù)而設(shè)計(jì)，加上推理已逐漸成為Google工作量龐大部分，在工作量增加后也催生Google的TPU問(wèn)世。

　　諸如語(yǔ)言翻譯與圖片搜尋等推理模型的處理容量屬于面對(duì)用戶的功能，因此，需要低成本與低延遲效能，而推理正是讓資料中心容量神經(jīng)網(wǎng)路工作量最大化最適合起點(diǎn)。

　　評(píng)論認(rèn)為，Google之所以設(shè)計(jì)并打造TPU原因首先就是著眼于效能。Google將自家TPU與執(zhí)行95%推理工作量的英特爾伺服器等級(jí)Haswell CPU與NVIDIA K80 GPU相比，而在執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)路推理時(shí)，TPU速度更比NVIDIA GPU與英特爾CPU快15~30倍。

　　第二是考量實(shí)體空間。云端資料中心相當(dāng)于IT廠房。Google資料處理廠房等龐大基礎(chǔ)建設(shè)的資本與營(yíng)運(yùn)費(fèi)用已成為一筆龐大預(yù)算。6年前，當(dāng)用戶開始使用自然語(yǔ)言辨識(shí)取代手機(jī)鍵盤時(shí)，Google工程時(shí)當(dāng)時(shí)曾預(yù)估，每天每位用戶3分鐘自然語(yǔ)言輸入，將會(huì)讓采用英特爾與NVIDIA設(shè)計(jì)的資料中心數(shù)量開始倍增。

　　第三是耗能。評(píng)論指出，速度較快的晶片但沒有伴隨耗能降低，只能影響實(shí)際空間成本，降低耗能則可帶來(lái)雙重影響，因?yàn)榭山档褪褂媚茉戳恳约敖档屠鋮s成本。Google指出，結(jié)合TPU與CPU處理器每瓦效能在不同工作量下，比CPU與GPU替代技術(shù)提升30~80倍。

　　第四是TPU可解決特殊應(yīng)用問(wèn)題。英特爾的CPU與NVIDIA的GPU是屬于廣泛應(yīng)用的一般系統(tǒng)單晶片(SoC)，特別是精準(zhǔn)計(jì)算的浮點(diǎn)運(yùn)算。機(jī)器學(xué)習(xí)模型可容忍低準(zhǔn)度數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此，無(wú)需浮點(diǎn)處理單元(FPU)。

　　若拿英特爾及NVIDIA的系統(tǒng)單晶片與FPU相比，利用TPU 8位元數(shù)學(xué)運(yùn)算驅(qū)動(dòng)的推理模型預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度兩者相當(dāng)。

　　另外，矩陣幾何數(shù)學(xué)組成了多數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)路運(yùn)算，至于矩陣相乘單元(Matrix Multiply Unit;MMU)則是TPU的核心。當(dāng)中包含可執(zhí)行8位元乘法與加法共256x256的乘數(shù)累加器(MAC)，MMU每周期可執(zhí)行6.4萬(wàn)次累加計(jì)算。

　　TPU在時(shí)脈0.7GHz時(shí)由于可讓低準(zhǔn)度矩陣數(shù)學(xué)最大化以及快速移動(dòng)數(shù)據(jù)與結(jié)果，相較英特爾與NVIDIA的晶片可達(dá)到最大效能表現(xiàn)。Google也指出，未來(lái)TPU重新設(shè)計(jì)增加匯流排頻寬后，性能將提升2~3倍。

　　第五則是促使晶片廠打造TPU。由于Google是數(shù)據(jù)頭號(hào)使用者，因此相當(dāng)了解機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題并能足夠打造出解決方案，而且歷經(jīng)2年在其資料中心運(yùn)作后，證實(shí)該問(wèn)題已經(jīng)獲得解決。

　　而Google之所以釋出這次報(bào)告，目的是希望在機(jī)器學(xué)習(xí)與晶片廠團(tuán)體內(nèi)提高討論度，目前已是推出可大量執(zhí)行推理的商用解決方案的時(shí)候。

　　第六則是專利與智財(cái)權(quán)交易。由Norman Jouppi率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在15個(gè)月內(nèi)便推出TPU，若搜尋美國(guó)專利局資料庫(kù)有關(guān)Jouppi的專利，當(dāng)中更可發(fā)現(xiàn)許多TPU相關(guān)專利。評(píng)論指出，身為專利擁有者，Google可借由開放其專利鼓勵(lì)晶片廠進(jìn)入該市場(chǎng)，而且主要機(jī)器學(xué)習(xí)使用者業(yè)者，例如亞馬遜(Amazon)、Google、Facebook、IBM與微軟(Microsoft)也在等候采購(gòu)機(jī)器學(xué)習(xí)專屬系統(tǒng)單晶片。