計(jì)算機(jī)芯片的歷史是是一段激動(dòng)人心的微型化的歷史。

眾所周知，數(shù)字世界催生了一種趨勢，規(guī)模越小越好。那么，為什么在地球上有些人想逆轉(zhuǎn)航向，并使用大芯片呢？當(dāng)然，我們沒有特別充分的理由在一個(gè)iPad中用一個(gè)iPad大小的芯片，不過這樣的大芯片可能被證明是具有更具體的用途，如人工智能和物理世界的模擬。

至少，這就是世界上最大的計(jì)算機(jī)芯片制造商Cerebras所希望的。

Cerebras晶圓級(jí)引擎無論以何種方式進(jìn)行切割都非常龐大。該芯片的是8.5英寸，并裝有1.2萬億個(gè)晶體管。而排名第二大的芯片是NVIDIA的GPU A100，只有一英寸，晶體管數(shù)量也只有540億個(gè)。前者是新的芯片類型，基本上未經(jīng)測試，到目前為止，他們推出的芯片也是唯一的一款。后者廣受喜愛，已大量生產(chǎn)，并在過去十年中接管了AI和超級(jí)計(jì)算的世界。

新芯片會(huì)引領(lǐng)一個(gè)新時(shí)代嗎？讓我們來細(xì)看一下。

超越人工智能的大芯片

去年，當(dāng) Cerebras的芯片首次脫穎而出時(shí) ，該公司表示其將大大加快深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練速度。

從那時(shí)起，WSE進(jìn)入了少數(shù)超級(jí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，該公司的客戶正在不斷努力。其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，即國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，正在尋找它在人工智能之外還能做什么。

因此，在最近的一項(xiàng)試驗(yàn)中，研究人員將芯片與流體動(dòng)力學(xué)模擬中的超級(jí)計(jì)算機(jī)相提并論，該芯片位于一個(gè)稱為CS-1的一體式系統(tǒng)中。模擬流體的運(yùn)動(dòng)是一種通用的超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，可用于解決諸如天氣預(yù)報(bào)和飛機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)之類的復(fù)雜問題。

該試驗(yàn)由Cerebras的Michael James和NETL的Dirk Van Essendelft領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，在他們撰寫的預(yù)印本論文作了描述，并在本周的 SC20 超級(jí)計(jì)算會(huì)議上發(fā)表。研究小組說，CS-1完成了電廠的燃燒模擬，任務(wù)的速度比Joule 2.0超級(jí)計(jì)算機(jī)快200倍。

CS-1實(shí)際上比實(shí)時(shí)更快。正如 Cerebrus在博客文章中寫道： “它可以告訴您未來將發(fā)生什么，而物理定律不會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。”

研究人員說，CS-1的性能是任何數(shù)量的CPU和GPU都無法比擬的。該公告首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Andrew Feldman 告訴 VentureBeat ，“無論超級(jí)計(jì)算機(jī)有多大，該理論都是正確的”。在某種程度上，對(duì)像Joule這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展在這種問題上不再產(chǎn)生更好的結(jié)果。因此， Joule的仿真速度達(dá)到 了16，384個(gè)內(nèi)核的 峰值 ，但這只是其全部86，400個(gè)內(nèi)核的一小部分。

通過 對(duì)兩臺(tái)機(jī)器的比較，可以得出 結(jié)論。Jouel是世界上第 81快的超級(jí)計(jì)算機(jī) ，占用數(shù)十個(gè)服務(wù)器機(jī)架，消耗高達(dá)450千瓦的功耗，并且需要數(shù)千萬美元的建造費(fèi)用。相比之下，CS-1安裝在服務(wù)器機(jī)架的三分之一中，消耗20千瓦的功耗，售價(jià)僅為幾百萬美元。

盡管這項(xiàng)任務(wù)非常小巧（但很有用），而且問題非常適合CS-1，但它仍然是一個(gè)非常驚人的結(jié)果。那他們?cè)趺醋龅降哪兀窟@t全部都體現(xiàn)在設(shè)計(jì)中。

減少通信

計(jì)算機(jī)芯片的生命始于一個(gè)稱為晶圓的大硅片上。將多個(gè)芯片蝕刻到同一晶圓上，然后將晶圓切割成單個(gè)芯片。當(dāng)WSE也被蝕刻到硅晶圓上時(shí)，該晶圓將作為一個(gè)單獨(dú)的操作單元完整保留。該晶圓級(jí)芯片包含近40萬個(gè)處理核心。每個(gè)內(nèi)核都連接到其自己的專用存儲(chǔ)器及其四個(gè)相鄰內(nèi)核。

將這么多內(nèi)核放在一個(gè)芯片上并為其提供自己的內(nèi)存是WSE能做到這么大的原因。這也是為什么在這種情況下，芯片表現(xiàn)更好的原因。

大多數(shù)大型計(jì)算任務(wù)都依賴于大規(guī)模并行處理。研究人員在數(shù)百或數(shù)千個(gè)芯片中分配任務(wù)。這些芯片需要協(xié)同工作，因此它們之間保持著不斷的通信，來回傳遞信息。當(dāng)信息在進(jìn)行計(jì)算的處理器內(nèi)核和共享內(nèi)存之間存儲(chǔ)信息時(shí)，每個(gè)芯片內(nèi)部都會(huì)發(fā)生類似的過程。

這是一個(gè)d帶點(diǎn)兒懷餓舊公司，在紙上做它的所有業(yè)務(wù)。

該公司使用快遞公司從鎮(zhèn)上其他分支機(jī)構(gòu)和檔案中發(fā)送和收集文檔。快遞員知道穿過城市的最佳路線，但行程只需要最少的時(shí)間，具體取決于分支機(jī)構(gòu)和檔案館之間的距離，快遞員的最高速度以及路上有多少其他快遞員。簡而言之，距離和交通會(huì)減慢速度。

現(xiàn)在，想象一下公司正在建造一座嶄新的閃亮摩天大樓。每個(gè)分支機(jī)構(gòu)都搬進(jìn)了新大樓，每個(gè)工人在辦公室里都有一個(gè)小的文件柜來存儲(chǔ)文件。現(xiàn)在，他們需要的任何文檔都可以在跨辦公室或穿過大廳到達(dá)鄰居辦公室所需的時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索。信息通信幾乎消失了，因?yàn)橐磺卸荚谕粋€(gè)房子里。

Cerebras的巨型芯片有點(diǎn)像那座摩天大樓。與需要聯(lián)網(wǎng)大量傳統(tǒng)芯片的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)相比，它傳遞信息的方式（通過其專門定制的編譯軟件進(jìn)一步輔助）更加高效。

模擬世界的發(fā)展

值得注意的是，該芯片只能處理足夠小的問題以適合晶圓。但是，由于機(jī)器能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行高保真模擬，因此此類問題可能具有相當(dāng)實(shí)際的應(yīng)用。作者指出，該機(jī)器在理論上應(yīng)該能夠準(zhǔn)確地模擬試圖降落在駕駛艙上的直升機(jī)周圍的氣流，并使該過程半自動(dòng)化-這是傳統(tǒng)芯片無法做到的。

他們指出，另一個(gè)機(jī)會(huì)是使用模擬作為輸入來訓(xùn)練也駐留在芯片上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)引人入勝的相關(guān)示例中，最近 證明 ，加州理工學(xué)院的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在求解相同種類的偏微分方程以模擬流體動(dòng)力學(xué)時(shí)， 速度快 了 1000倍 。

他們還指出，芯片的改進(jìn)（以及其他類似的產(chǎn)品，如果有的話）將可完成工作的極限繼續(xù)往前推進(jìn)。Cerebras已經(jīng)搶先 發(fā)布了其下一代芯片 ，該 芯片 將具有2.6萬億個(gè)晶體管，850，00個(gè)內(nèi)核以及兩倍以上的內(nèi)存。

當(dāng)然， 晶圓級(jí)計(jì)算 是否 真正起飛 還有待觀察。這個(gè)想法已經(jīng)存在了幾十年，但是Cerebras是第一個(gè)認(rèn)真追求它的人。顯然，他們相信他們已經(jīng)以一種有用且經(jīng)濟(jì)的方式解決了這個(gè)問題。

其他新架構(gòu)也正在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究。例如， 基于憶阻器的神經(jīng)形態(tài)芯片 通過將處理和記憶放入單個(gè)類似晶體管的組件中來模仿大腦。當(dāng)然， 量子計(jì)算機(jī) 位于單獨(dú)的通道中，但是可以解決類似的問題。

可能其中一種技術(shù)最終興起來統(tǒng)治所有這些技術(shù)。或者，這似乎很有可能，計(jì)算可能會(huì)分裂成一堆怪異的基本芯片，根據(jù)情況將它們?nèi)糠庋b在一起以充分利用每個(gè)芯片。
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