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
$ \0 Y8 E* \* u- J% N5 p; O# p( d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。
% \: ^! j$ U2 y2 S5 l' I

IBM 大型機(jī)的力量
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。
! h- ~; B4 X$ L
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。
0 M( V9 Y8 [7 e

, u( q  p  H- l/ x* m; eIBM Telum II 處理器簡介
& }0 x$ t; V* C  k; m( SIBM 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。
* ?; b2 b- L* o% T( m
5 B" U; _$ G  N1 `* M' ?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：

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)的存儲回寫和地址轉(zhuǎn)換

面積減少 20%

功耗降低 15%

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
+ D+ R7 w2 ~0 U/ x


$ B: J" y5 V( r9 W8 b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)。
$ j' K; U$ T6 z; x" V
2 I0 S5 Z9 D: d# V: v6 [+ d% }3. 先進(jìn)的制造工藝：Telum II 采用 5nm 技術(shù)制造，實(shí)現(xiàn)：
/ w; \" k$ z+ W9 N4 T

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%
# C7 \; d2 y; {) d7 f
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：
) k; k. x/ `& z4 t! R; f

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
4 i( S  ^- M' h) U; B0 S" V
& w+ ?7 I) w% o9 A, _5 e
- O/ g) N4 M$ M* 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。

7 \" F- K6 Z* Z  X5. 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：
5 @9 x9 W8 q8 H6 i( S

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

# M+ a# \' _9 A9 `0 N3 t
* K4 f& H0 n4 B* F# w+ Z
& J; h4 p6 ^. X: @3 b0 V& U4 I* ^
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。
8 C/ q+ V: q' g" T9 r
( F) U/ F$ C/ N; J1 }6. 大規(guī)模擴(kuò)展 I/O 子系統(tǒng)：Telum II 支持：
# m" q0 z' n) _9 U- X) F4 j5 W) p

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
" S! J. G+ U. n6 L1 M: m! hTelum 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
: o% u# {; z) W( q2 o) M" _
/ ]# _, }6 F# S/ fTelum II 中的 AI 加速器提供：
: X! \: G( ~, n1 ]( D6 _9 G

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
! R" F' n* s" g! N/ B- r3 G+ _' }

* a- {& m- k4 X  ]# K" y
  Y4 T# s" B" j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。
" A: \1 _2 c) J9 ^# Y' Z5 NIBM 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。
+ |4 A. ~' n" D
+ g6 e0 b3 U$ }  H7 lIBM Spyre 加速器的主要特點(diǎn)
; |5 z5 u5 ~" C! S3 G' W1. 強(qiáng)大的性能：Spyre 加速器提供：

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)
3 {% i6 N. k: p7 s5 c  i& Z



7 a% S- Q+ {3 y/ A+ H) }4 k, J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。
4 C/ M& Y% ?! ^+ ?  L# l6 T
, s) E5 R: Q0 l$ o- y0 f: w: O3. 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
: a+ Y9 w0 D! q! Q# ?; Y
6 v0 T. k. t9 V5 ?+ {3 u4. 可擴(kuò)展性：Spyre 加速器設(shè)計(jì)用于集群部署：

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
8 n$ p) b, C1 i- p; d# t3 f
/ r: r8 y/ R, N' P% u5. 先進(jìn)制造：采用三星 5LPE 技術(shù)制造，Spyre 加速器擁有：
: a& \1 \+ @# \

260 億晶體管

330 平方毫米芯片面積

14 英里線路



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)。

AI 用例和應(yīng)用
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。
[/ol]
3 e" S* k2 Z/ B: `$ q5 W
結(jié)論
3 C( {# H& s) K' J( M" o3 VIBM 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)。
$ g& y$ E0 P: ~% C1 l) ]! l, X) h% K' j
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。
* ~& y( I/ K  _9 V6 R9 k, ]
" O6 _' A+ j0 ]( Q( m" b* D+ rIBM 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。
7 ~- @# b4 C- p$ `! Y: Y( i* K4 P- d. b
; `+ o- e4 F! @2 i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。
# D* V& U5 P  B! `9 U5 Y; t2 f$ g
參考文獻(xiàn)
  a6 D5 O6 ]6 _) T9 n, {[1] C. Berry, "IBM Telum? II processor and IBM Spyre Accelerator chip for AI," presented at Hot Chips 2024, 2024.

$ e) S9 l- `% M. L! O, s4 K- END -

軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
* A! x& j, o' g點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請

9 A5 c2 U7 Y% F+ G$ c! }4 M2 K* r歡迎轉(zhuǎn)載
4 V3 s" i/ `$ E- V8 l
" @: r# k4 d2 i$ p. o. N$ E轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
$ f* d* ~1 x2 a' C5 ?: Q7 F  Q
7 k8 x% ?8 ~, A; j' B: V0 D6 f

  S3 G% X2 |. w7 n0 X3 F3 L
9 i" q/ U# |8 Y7 e$ |$ O7 n, p
, o6 j0 e2 g3 L& j6 \+ t0 ]關(guān)注我們

$ i: g) B& t  v* a% i6 l 9 D% D  f7 E; S. ?+ J$ Q9 L4 V

7 X+ h  ]  N, V3 m" S & w5 O+ `0 }5 Y" r

                     
9 r4 _5 t6 n# g# c

3 ?& i" X4 }8 m3 m0 T' |2 U9 o0 U
關(guān)于我們：
+ `2 F3 A. l$ Q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)。
# D  Y3 T9 w1 x7 ^: H8 h' ^
( Q  [; ?7 E: o% I3 h7 Bhttp://www.latitudeda.com/
: G6 o# B% |1 e9 K+ D（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）