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
1 s: b2 c* J2 }3 n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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, h0 M, m/ A. E- `IBM 大型機(jī)的力量
% o2 h+ N1 s" \, H4 [6 o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)新對支持全球經(jīng)濟(jì)的重要性。
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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。
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IBM Telum II 處理器簡介
  o' g% _/ b2 y! W# d$ ?! uIBM 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。
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Telum II 的主要特點(diǎn)
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：
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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%
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2. 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
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" Q" \6 A* X/ Z' U
- ?$ |3 g6 L4 C7 k# I' p% {- 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)：
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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%
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! C. w# H% S7 @4. 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：
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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

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4 W  t& a7 ^# L0 S3 w
. o/ ^- F9 a: _, `$ ~% z3 M  [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。

  w- E" s- M( n: c3 F5. 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：
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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

! U2 w4 w9 ~6 S, _( ?+ r3 L

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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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+ M, B$ p; X0 i7 q& W1 e/ v  m6. 大規(guī)模擴(kuò)展 I/O 子系統(tǒng)：Telum II 支持：
, ~( s( E- T# M& z$ o7 k& Y+ J7 a

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

Telum 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
& Z4 z% u* x8 p9 s
" r* o/ ]8 n, j$ Q: V3 ]Telum II 中的 AI 加速器提供：

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
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1 l9 G* Y$ W+ M( A9 i
3 N5 s7 d  W' X( g1 n
+ @( j' @8 [, u# t* [7 o+ z* e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。
! U% F7 t' d6 r2 B- ~IBM Spyre 加速器簡介
5 A- [2 y, \) l) t4 OTelum 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。

IBM Spyre 加速器的主要特點(diǎn)
1. 強(qiáng)大的性能：Spyre 加速器提供：
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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

2. 創(chuàng)新的核心設(shè)計(jì)：加速器具有：

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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# c1 o+ y& b/ O3 B; G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。
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6 v" V4 H, b. s( h+ q& F: j3. 高速互連：Spyre 加速器利用：
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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(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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5 P# x7 D5 F  Z1 Q* G5. 先進(jìn)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(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
5 r! E0 ?* d, p0 E% {Telum 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)評估流程。
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! @: `. a  B1 w4 v4 k7 j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)對日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)。
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5 J9 R9 h1 U' {3 a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。
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5 A+ w1 T# R0 C# SIBM 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(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。

參考文獻(xiàn)
/ v1 a/ V* E0 R) A. T[1] C. Berry, "IBM Telum? II processor and IBM Spyre Accelerator chip for AI," presented at Hot Chips 2024, 2024.
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; m* O4 E7 s/ y) |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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