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

逍遙設(shè)計自動化

引言
$ q- P/ y; _0 D8 q# P在企業(yè)計算領(lǐng)域不斷演進的背景下，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)的細節(jié)及其潛在影響，探討這些創(chuàng)新如何改變企業(yè)計算格局。


IBM 大型機的力量
在深入探討新硬件的具體細節(jié)之前，了解 IBM 大型機在當今金融生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用非常必要。根據(jù)最新研究，估計 70% 的全球交易（按價值計算）通過 IBM 大型機進行處理。這一驚人的統(tǒng)計數(shù)據(jù)凸顯了大型機技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新對支持全球經(jīng)濟的重要性。

此外，IBM 大型機以可靠性著稱，可用率高達 99.999999%。這種可靠性對于需要持續(xù)運行且無法承受系統(tǒng)故障的企業(yè)來說極為關(guān)鍵。
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IBM Telum II 處理器簡介
1 J0 U3 j6 ^1 j# G  ?: ]IBM Telum II 處理器代表了大型機計算技術(shù)的重大飛躍。設(shè)計用于支持每秒數(shù)百萬次交易的 AI 處理，這一能力在當今數(shù)據(jù)驅(qū)動的商業(yè)環(huán)境中變得越來越重要。

Telum II 的主要特點
1. 增強的中央計算復(fù)合體：Telum II 比前代產(chǎn)品有多項改進，包括：
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分支預(yù)測增強

重命名寄存器容量增加（從 128 增至 160）

改進的存儲回寫和地址轉(zhuǎn)換

面積減少 20%

功耗降低 15%
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4 L, F3 @9 P, F3 d: H( W+ B2. 擴展的緩存系統(tǒng)：處理器具有：

10 個 L2 緩存，每個 36MB，訪問時間 3.6ns

360MB 虛擬 L3 緩存，訪問時間 11.5ns

2.8GB 虛擬 L4 緩存，訪問時間 48.5ns

片外帶寬提高 30%

Drawer 到 Drawer 的加密，增強安全性



$ D1 r, p0 L' Y% M& K/ @: i圖 1：說明 Telum II 中央計算復(fù)合體和 L2 緩存系統(tǒng)的改進，突出了處理能力和內(nèi)存訪問的顯著增強。
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3. 先進的制造工藝：Telum II 采用 5nm 技術(shù)制造，實現(xiàn)：
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每核心最高 5.5 GHz 時鐘速度

插槽性能提升 20%

處理器功耗降低 18%

4. 創(chuàng)新的電壓控制：處理器incorporates一個復(fù)雜的電壓控制回路系統(tǒng)，包括：
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細粒度電壓測量線路

工作負載監(jiān)控功能

與電源轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)緊密耦合

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圖 2：展示Telum II 電壓控制回路實現(xiàn)的效率提升，說明在各種工作負載利用率下的較低功耗。
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5. 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 個處理集群

每個集群 8 個定制微控制器

與整體緩存系統(tǒng)的連貫連接

專用 I/O 加速邏輯

隊列管理器，用于高效的工作調(diào)度和傳輸
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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。
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6. 大規(guī)模擴展 I/O 子系統(tǒng)：Telum II 支持：

在一個連貫的 SMP 系統(tǒng)中最多 32 個處理器

12 個 I/O 擴展 Drawer，每個有 16 個 PCIe 插槽

單個系統(tǒng)中總共最多 192 個 PCIe 卡

0 J+ c  b. z6 [/ ]1 K# J6 H* I# OTelum II 中的 AI 加速
Telum II 最顯著的進步之一是其增強的 AI 能力。處理器包含針對傳統(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

保險理賠處理

欺詐檢測

Telum II 中的 AI 加速器提供：

每芯片 24 TOPS（每秒萬億次運算）

每 Drawer 192 TOPS

每系統(tǒng) 768 TOPS

作為 CISC 指令集成，實現(xiàn)無縫操作

支持 INT8 和 FP16 數(shù)據(jù)類型



; O+ A9 F" ^+ w4 L1 P4 ]) ]& i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。
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 加速器進一步推進了 AI 加速。這種專用芯片旨在處理更復(fù)雜的 AI 模型和工作負載，補充了 Telum II 的能力。
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) Z5 z& u8 }/ M* c% I+ i1 g9 BIBM Spyre 加速器的主要特點
' p0 K! S7 _- i2 `' a% s1. 強大的性能：Spyre 加速器提供：
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超過 300 TOPS 的計算能力

75W 功耗，采用 PCIe gen5 x16 適配器

128GB LPDDR5 內(nèi)存

+ s1 i  H- u) ]8 |5 g% h9 \8 @- a) V2 }2. 創(chuàng)新的核心設(shè)計：加速器具有：
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32 個核心，每個配備 2MB 暫存器

55%+ 有效 TOPS 利用率

獨特的 "corelet" 結(jié)構(gòu)，用于高效數(shù)據(jù)移動




( F, ~" i5 M' Z0 w2 N- S1 R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，實現(xiàn)高效 AI 計算。

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
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4. 可擴展性：Spyre 加速器設(shè)計用于集群部署：
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I/O Drawer 中的 8 張卡形成一個邏輯集群

每個集群總共 1TB 內(nèi)存

1.6TB/s 聚合內(nèi)存帶寬
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) T" C9 x- }7 R! @0 y: A- ^5. 先進制造：采用三星 5LPE 技術(shù)制造，Spyre 加速器擁有：
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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 加速器的制造細節(jié)，突出兩種芯片使用的先進技術(shù)。
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. K/ q8 t$ c- [5 h% i3 B  n) e- ZAI 用例和應(yīng)用
* b' q( d8 \& B2 o+ eTelum 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：

增強欺詐檢測：通過結(jié)合 Telum II 的片上 AI 加速器和更強大的 Spyre 加速器，金融機構(gòu)可以實施復(fù)雜的欺詐檢測系統(tǒng)，實時分析交易。

生成式 AI：Spyre 加速器的高性能使其適合運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)險管理：先進的 AI 功能可以應(yīng)用于自動化合規(guī)檢查，并增強各行業(yè)的風(fēng)險評估流程。
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結(jié)論
- W( N; c; e7 Y$ w$ a) S1 V! k& GIBM Telum II 處理器和 IBM Spyre 加速器代表了企業(yè)計算和 AI 加速的重大進步。通過將高性能傳統(tǒng)計算與專用 AI 硬件相結(jié)合，IBM 使企業(yè)能夠?qū)崟r應(yīng)對日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)。
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3 M8 c+ C* z1 I5 C5 H; v: E- ^這些創(chuàng)新將改變金融、保險、軟件開發(fā)和 IT 運營等多個行業(yè)。隨著 AI 在商業(yè)運營中繼續(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。
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IBM Spyre 加速器目前處于技術(shù)預(yù)覽階段，但對企業(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)動的應(yīng)用和服務(wù)，重塑企業(yè)在數(shù)字時代的運營方式。
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企業(yè)計算中 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，在這個未來中，AI 將深度集成到業(yè)務(wù)運營的每個方面，推動效率、創(chuàng)新和增長。

參考文獻
[1] C. Berry, "IBM Telum? II processor and IBM Spyre Accelerator chip for AI," presented at Hot Chips 2024, 2024.

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+ Z8 c) X7 D/ X- w, j! g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)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。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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