Hot Chips 2024 | IBM Telum II 處理器和 Spyre 加速器推動(dòng)企業(yè)計(jì)算中的人工智能發(fā)展

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
在企業(yè)計(jì)算領(lǐng)域不斷演進(jìn)的背景下，IBM 通過其最新產(chǎn)品——IBM Telum II 處理器和 IBM Spyre 加速器芯片繼續(xù)推動(dòng)創(chuàng)新的邊界。這些尖端技術(shù)旨在滿足商業(yè)應(yīng)用中人工智能（AI）日益增長的需求，提供性能、效率和安全性。本文將幫助了解這些新技術(shù)的細(xì)節(jié)及其潛在影響，探討這些創(chuàng)新如何改變企業(yè)計(jì)算格局。
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+ R& Q; ]( W; K
; V% K* J& h0 ?* d5 T) z7 e( GIBM 大型機(jī)的力量
  F+ {) E1 A% Z; L/ q在深入探討新硬件的具體細(xì)節(jié)之前，了解 IBM 大型機(jī)在當(dāng)今金融生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用非常必要。根據(jù)最新研究，估計(jì) 70% 的全球交易（按價(jià)值計(jì)算）通過 IBM 大型機(jī)進(jìn)行處理。這一驚人的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)凸顯了大型機(jī)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新對(duì)支持全球經(jīng)濟(jì)的重要性。

此外，IBM 大型機(jī)以可靠性著稱，可用率高達(dá) 99.999999%。這種可靠性對(duì)于需要持續(xù)運(yùn)行且無法承受系統(tǒng)故障的企業(yè)來說極為關(guān)鍵。

" h7 ^. m, s- X' j
/ m5 m. ?% r2 _/ GIBM Telum II 處理器簡介
1 d8 a) i) l7 vIBM Telum II 處理器代表了大型機(jī)計(jì)算技術(shù)的重大飛躍。設(shè)計(jì)用于支持每秒數(shù)百萬次交易的 AI 處理，這一能力在當(dāng)今數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的商業(yè)環(huán)境中變得越來越重要。

: L7 J6 O' h4 ?Telum II 的主要特點(diǎn)
% n) |- u0 y8 Q* e) b; i& c6 |1. 增強(qiáng)的中央計(jì)算復(fù)合體：Telum II 比前代產(chǎn)品有多項(xiàng)改進(jìn)，包括：
+ I- N) B5 f0 z) ^* P9 E

分支預(yù)測增強(qiáng)

重命名寄存器容量增加（從 128 增至 160）

改進(jìn)的存儲(chǔ)回寫和地址轉(zhuǎn)換

面積減少 20%

功耗降低 15%

" _* w4 m+ m% r9 [3 C2. 擴(kuò)展的緩存系統(tǒng)：處理器具有：

10 個(gè) L2 緩存，每個(gè) 36MB，訪問時(shí)間 3.6ns

360MB 虛擬 L3 緩存，訪問時(shí)間 11.5ns

2.8GB 虛擬 L4 緩存，訪問時(shí)間 48.5ns

片外帶寬提高 30%

Drawer 到 Drawer 的加密，增強(qiáng)安全性



" \6 t- h: f* O% l% N圖 1：說明 Telum II 中央計(jì)算復(fù)合體和 L2 緩存系統(tǒng)的改進(jìn)，突出了處理能力和內(nèi)存訪問的顯著增強(qiáng)。

3. 先進(jìn)的制造工藝：Telum II 采用 5nm 技術(shù)制造，實(shí)現(xiàn)：

每核心最高 5.5 GHz 時(shí)鐘速度

插槽性能提升 20%

處理器功耗降低 18%

" a* @! y# z5 G. T' H4. 創(chuàng)新的電壓控制：處理器incorporates一個(gè)復(fù)雜的電壓控制回路系統(tǒng)，包括：
# f  H5 H, o4 x" ^& f' V, P8 o0 _

細(xì)粒度電壓測量線路

工作負(fù)載監(jiān)控功能

與電源轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)緊密耦合
, a! p! T) g  r: L' p+ w4 E

0 e5 f/ Q) Q+ C* v7 o( ~
" C! u0 q) |5 v圖 2：展示Telum II 電壓控制回路實(shí)現(xiàn)的效率提升，說明在各種工作負(fù)載利用率下的較低功耗。
! @3 N+ `1 ?0 A" m1 m1 i! W
, S! ~1 [4 o  c5. 片上數(shù)據(jù)處理單元（DPU）：Telum II 具有專用 DPU 用于 I/O 加速，包括：

4 個(gè)處理集群

每個(gè)集群 8 個(gè)定制微控制器

與整體緩存系統(tǒng)的連貫連接

專用 I/O 加速邏輯

隊(duì)列管理器，用于高效的工作調(diào)度和傳輸
  s" m& e: G/ @  ^



3 c4 W4 I: [  L0 W圖 3：概述片上數(shù)據(jù)處理單元（DPU）的結(jié)構(gòu)，突出其組件和互連，用于高效的 I/O 處理。
. p; a- J3 B. K% N2 R, Y/ Y
6. 大規(guī)模擴(kuò)展 I/O 子系統(tǒng)：Telum II 支持：

在一個(gè)連貫的 SMP 系統(tǒng)中最多 32 個(gè)處理器

12 個(gè) I/O 擴(kuò)展 Drawer，每個(gè)有 16 個(gè) PCIe 插槽

單個(gè)系統(tǒng)中總共最多 192 個(gè) PCIe 卡

8 U! u  V  X: N8 LTelum II 中的 AI 加速
Telum II 最顯著的進(jìn)步之一是其增強(qiáng)的 AI 能力。處理器包含針對(duì)傳統(tǒng) AI 模型優(yōu)化的片上 AI 加速器，能夠支持各種企業(yè)用例：

清算結(jié)算

合規(guī)檢查

保險(xiǎn)理賠處理

欺詐檢測

, e& Q& V# B, C% |+ BTelum II 中的 AI 加速器提供：
: @0 Q; T1 b$ K+ B( [0 M

每芯片 24 TOPS（每秒萬億次運(yùn)算）

每 Drawer 192 TOPS

每系統(tǒng) 768 TOPS

作為 CISC 指令集成，實(shí)現(xiàn)無縫操作

支持 INT8 和 FP16 數(shù)據(jù)類型



9 H. `* J, U0 t0 x) f" V+ a8 k圖 4：展示Telum II 處理器的 AI 加速能力，突出其 TOPS 性能和系統(tǒng)集成。
  J+ k# w# r! P  ]IBM Spyre 加速器簡介
Telum II 的片上 AI 加速器令人印象深刻，但 IBM 通過引入 IBM Spyre 加速器進(jìn)一步推進(jìn)了 AI 加速。這種專用芯片旨在處理更復(fù)雜的 AI 模型和工作負(fù)載，補(bǔ)充了 Telum II 的能力。

" B  S- Y$ g0 _* W+ HIBM Spyre 加速器的主要特點(diǎn)
1. 強(qiáng)大的性能：Spyre 加速器提供：
/ U0 F  J* l8 B  W! E& z

超過 300 TOPS 的計(jì)算能力

75W 功耗，采用 PCIe gen5 x16 適配器

128GB LPDDR5 內(nèi)存
. z! N+ f7 r2 `' ^! N+ T7 \6 p
2. 創(chuàng)新的核心設(shè)計(jì)：加速器具有：
: n3 w% e; T. a! L0 i, C# Q

32 個(gè)核心，每個(gè)配備 2MB 暫存器

55%+ 有效 TOPS 利用率

獨(dú)特的 "corelet" 結(jié)構(gòu)，用于高效數(shù)據(jù)移動(dòng)
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圖 5：說明 IBM Spyre 加速器的核心和 corelet 結(jié)構(gòu)，展示其創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效 AI 計(jì)算。

3. 高速互連：Spyre 加速器利用：

32B 雙向環(huán)連接核心

200GB/s LPDDR5 連接到暫存器環(huán)

128B 雙向環(huán)連接暫存器

+ @" \" l5 _: Q% V4. 可擴(kuò)展性：Spyre 加速器設(shè)計(jì)用于集群部署：
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I/O Drawer 中的 8 張卡形成一個(gè)邏輯集群

每個(gè)集群總共 1TB 內(nèi)存

1.6TB/s 聚合內(nèi)存帶寬
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' w5 D: h8 t+ a/ [8 y2 a% }5. 先進(jìn)制造：采用三星 5LPE 技術(shù)制造，Spyre 加速器擁有：
! A) X) x# \1 N, ^5 u  R6 S

260 億晶體管

330 平方毫米芯片面積

14 英里線路
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圖 6：比較 Telum II 處理器和 Spyre 加速器的制造細(xì)節(jié)，突出兩種芯片使用的先進(jìn)技術(shù)。
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AI 用例和應(yīng)用
8 t4 O& n) h- K9 g3 e6 w% d; c. R  JTelum II 處理器和 Spyre 加速器的結(jié)合為企業(yè)環(huán)境中的各種 AI 應(yīng)用提供了支持。這些技術(shù)支持 AI 的整體方法，允許企業(yè)利用傳統(tǒng)和更復(fù)雜的 AI 模型用于各種用例：

增強(qiáng)欺詐檢測：通過結(jié)合 Telum II 的片上 AI 加速器和更強(qiáng)大的 Spyre 加速器，金融機(jī)構(gòu)可以實(shí)施復(fù)雜的欺詐檢測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析交易。

生成式 AI：Spyre 加速器的高性能使其適合運(yùn)行大型語言模型和其他生成式 AI 應(yīng)用，為內(nèi)容創(chuàng)建和數(shù)據(jù)分析開創(chuàng)了新的可能性。

代碼轉(zhuǎn)換和輔助：開發(fā)人員可以受益于 AI 驅(qū)動(dòng)的代碼建議、解釋和轉(zhuǎn)換工具，提高生產(chǎn)力和代碼質(zhì)量。

系統(tǒng)管理：AI 助手可以通過提供智能建議來簡化 IT 操作，包括系統(tǒng)配置、故障排除和優(yōu)化。

合規(guī)和風(fēng)險(xiǎn)管理：先進(jìn)的 AI 功能可以應(yīng)用于自動(dòng)化合規(guī)檢查，并增強(qiáng)各行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程。
! `9 W7 `# l/ z* `$ F, \[/ol]

1 B. e. V3 L. B( i5 S結(jié)論
IBM Telum II 處理器和 IBM Spyre 加速器代表了企業(yè)計(jì)算和 AI 加速的重大進(jìn)步。通過將高性能傳統(tǒng)計(jì)算與專用 AI 硬件相結(jié)合，IBM 使企業(yè)能夠?qū)崟r(shí)應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)。
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5 ]9 }2 m# }' _" ~9 ~這些創(chuàng)新將改變金融、保險(xiǎn)、軟件開發(fā)和 IT 運(yùn)營等多個(gè)行業(yè)。隨著 AI 在商業(yè)運(yùn)營中繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，以前所未有的速度處理海量數(shù)據(jù)并做出智能決策的能力將成為關(guān)鍵的競爭優(yōu)勢。

IBM Spyre 加速器目前處于技術(shù)預(yù)覽階段，但對(duì)企業(yè) AI 格局的潛在影響巨大。隨著這些技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，可以期待看到一波新的 AI 驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用和服務(wù)，重塑企業(yè)在數(shù)字時(shí)代的運(yùn)營方式。

企業(yè)計(jì)算中 AI 的發(fā)展才剛剛開始，IBM 通過 Telum II 處理器和 Spyre 加速器為未來創(chuàng)造了新的可能性，在這個(gè)未來中，AI 將深度集成到業(yè)務(wù)運(yùn)營的每個(gè)方面，推動(dòng)效率、創(chuàng)新和增長。
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; y5 }- S* X- O( `; o9 |參考文獻(xiàn)
[1] C. Berry, "IBM Telum? II processor and IBM Spyre Accelerator chip for AI," presented at Hot Chips 2024, 2024.

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深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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