A startup japonesa Preferred Networks desenvolveu um chip de IA com desempenho de 0,5 Petaflops

Na exposição dedicada à conferência SC19, o tópico inteligência artificial e aprendizado de máquina foi muito bem apresentado. Não apenas gigantes da indústria, mas também empresas jovens demonstraram novos produtos muito interessantes e dignos de nota.
Uma dessas inovações foi o processador MN-Core, desenvolvido pela empresa japonesa Preferred Networks (PFN), fundada em 2014 com recursos da Toyota Corporation. Esse chip é o resultado de esforços focados na criação de um processador de IA para sistemas de baixa latência, incluindo complexos de IoT.

Redes preferenciais para supercomputadores MN-2

O professor da Universidade de Tóquio, Kei Hiraki, participou da criação do MN-Core. Ele disse que a PFN criou uma família de supercomputadores privados para acelerar seu próprio desenvolvimento no campo do aprendizado profundo de máquinas. O primeiro sistema desse tipo, MN-1, foi lançado em 2017 e mostrou uma capacidade de mais de 19 Petaflops, ocupando o primeiro lugar no ranking de supercomputadores japoneses.

PFN MN-Core: 4 cristais, 756 milímetros quadrados, 500 watts de calor

Os primeiros sistemas PFN eram uma combinação clássica de processadores e aceleradores de uso geral baseados em GPUs NVIDIA, mas a próxima máquina terá que usar o novo chip MN-Core, que, de acordo com as promessas, superará as soluções existentes em eficiência energética. Os desenvolvedores giraram no processador com um pacote de calor de 500 watts!

PFN MN-Core: Principais Especificações

O MN-Core será produzido usando padrões de processo de 12 nm nas instalações da TSMC. Não será monolítico – a amostra já mostrada na exposição deixa claro que estamos falando de uma montagem de quatro cristais em um edifício comum. A marcação GRAPE-DR indica a continuidade da arquitetura originada no coprocessador de computação física desenvolvido anteriormente, desenvolvido pela PFN.
O chip é bastante grande, 85 × 85 milímetros, a área total dos cristais é de 756,7 mm2, o poder de computação do projeto é de 524 teraflops em cálculos de meia precisão (FP16), o que fornece um desempenho específico de cerca de 1 teraflops por watt.

PFN MN-Core: quatro blocos de cálculos + bloco aritmético da matriz em cada núcleo

Apesar do FP16 ser o modo básico, cálculos mais precisos nos formatos FP32 / 64 estarão disponíveis – ao custo do trabalho conjunto das unidades de computação e uma diminuição correspondente no desempenho. O acelerador baseado no MN-Core é uma placa de expansão clássica de tamanho normal com um slot PCI Express 3.0 que, além do processador, carrega 32 GB de memória a bordo. O tipo de memória e os indicadores de largura de banda da memória ainda são desconhecidos.

O design dos futuros aceleradores MN-Core inclui um poderoso sistema de refrigeração

Segundo o professor Hiraki, o principal problema dos desenvolvedores era um alto nível de dissipação de calor, mas eles conseguiram criar um sistema de refrigeração de ar capaz de lidar com o consumo de energia na região de 600 watts. Cada nó do servidor do futuro supercomputador MN-3 terá uma altura de 7U e incluirá quatro aceleradores MN-Core. Isso alcançará um desempenho de quase 2,1 petaflops por servidor.
É reivindicada a presença de dois conectores para uma CPU de uso geral com um pacote de calor de até 200 watts. Provavelmente, estamos falando do Intel Xeon Scalable. Cada servidor receberá até 24 compartimentos de disco, dos quais pelo menos dois serão compatíveis com o protocolo NVMe.

Servidor PFN: bloco de construção do futuro supercomputador

O supercomputador MN-3 que está sendo projetado agora consistirá em chips 4800 MN-Core, mas ainda não está claro quantos racks serão necessários para isso; a própria empresa chama os números na região de 300 unidades. Está previsto atingir uma capacidade superior a 2 Exaflops (1018 operações por segundo) com consumo de eletricidade de cerca de 3,36 MW. Em comparação, o supercomputador Summit desenvolve 1,88 Exaflops, consumindo 13 MW.

Dimensões aproximadas de MN-3. Visíveis 4 servidores com novos aceleradores em cada rack

A empresa planeja colocar o MN-3 em operação já em 2020, e o sistema será usado exclusivamente para fornecer o poder computacional dos novos desenvolvimentos das Redes Preferenciais. A PFN não planeja entregar o MN-Core a outros desenvolvedores ou fabricantes de hardware de servidor. Assim, ela segue os passos de gigantes como Google e Amazon, que também estão desenvolvendo seus próprios processadores de IA para seus sistemas e clusters em nuvem.
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