Apesar de todos os desafios da indústria de semicondutores, a tecnologia continua avançando. Normas tecnológicas de 7 nm não são mais um milagre, normas mais sutis, por exemplo, 5 nm, estão sendo dominadas com força e principal. E o fabricante contratado líder, TSMC, está atacando o próximo pico – a tecnologia de processo de 3 nm. Um dos primeiros produtos baseados nesta tecnologia será a plataforma Graphcore AI com quatro IPUs de próxima geração.
A empresa britânica Graphcore vem desenvolvendo aceleradores específicos há vários anos. No ano passado, introduziu o processador IPU (Intelligence Processing Unit), o que é interessante por não ser composto por núcleos, mas pelos chamados tiles, cada um contendo um núcleo de computação e alguma quantidade de memória integrada. Um total de 1216 desses blocos fornecem 300 MB de memória ultrarrápida com uma largura de banda de até 45 TB / s, e os processadores IPU se comunicam entre si via IPU-Link a uma velocidade de 320 GB / s.
Colossal: servidor Graphcore AI com quatro IPUs a bordo
A empresa cuidou da manutenção do software de sua criação, fornecendo a pilha Poplar, que fornece integração com TensorFlow e Open Neural Network Exchange. A Microsoft se interessou pelo desenvolvimento do Graphcore, usando IPU nos serviços do Azure, e os testes conjuntos mostraram os resultados mais positivos. A próxima geração de IPU, Colossus MK2, apresentada neste verão, revelou-se mais complexa do que a NVIDIA A100 e recebeu 900 MB de memória ultrarrápida.
O aprendizado de máquina, que se baseia no treinamento e no uso de redes neurais, requer, por si só, processadores com um grau de paralelismo muito alto, o que, por sua vez, significa automaticamente um grande número de transistores – 59,4 bilhões no caso do Colossus MK2. Portanto, o desenvolvimento de novos processos técnicos mais finos e econômicos é uma tarefa fundamental para esta classe de microchips, e a Graphcore entende isso, declarando sua cooperação com a TSMC.
Arquitetura em mosaico Graphcore Colossus MK2
Atualmente, a TSMC está preparando um novo processo técnico com padrões de 3 nm para o início da produção “arriscada”, e a taxa de implementação é tal que os primeiros produtos baseados nele devem ver a luz do dia em 2021 e a produção em massa será lançada no segundo semestre de 2022. E um dos primeiros produtos baseados na tecnologia 3nm será o novo IPU da Graphcore, agora conhecido como N3. Aparentemente, o desenvolvedor britânico não vai usar 5 nm.
Os planos da empresa indicam claramente o uso de um processo técnico de 3 nm
Os chips Colossus MK2 são atualmente fabricados usando a tecnologia de processo de 7 nm (TSMC N7). Eles incluem 1472 tiles e são capazes de executar 8832 threads simultaneamente. No modo de treinamento de redes neurais usando cálculos FP16, isso dá 250 teraflops, mas há uma solução conveniente de 1 Pflops – este é um servidor Graphcore 1U especial, no qual quatro IPUs são suplementados com 450 GB de memória externa. Placas de expansão PCI Express com chips IPU integrados também estão disponíveis.
A Graphcore está indo bem, sua tecnologia está em alta, e os investidores incluem Microsoft, BMW, DeepMind e várias outras empresas que desenvolvem e implementam complexos de aprendizado de máquina. O desenvolvimento de um chip de 3nm fortalecerá ainda mais a posição deste desenvolvedor. Processos técnicos mais finos aumentam significativamente o custo de desenvolvimento, mas a Graphcore ainda tem reservas financeiras; ao mesmo tempo, a opção de cooperação mais estreita não está excluída, na qual parte do custo de desenvolvimento será suportado pela TSMC.