Сегодня мы расскажем вам о процессоре компании Церебро, под названием Cerebras CS-1. И он действительно огромный!
Например, GPU, который считался самым большим раньше — это процессор Nvidia V100, а вот новый процессор Церебро. Он почти в 57 раз больше! Площадь самого чипа — 462 квадратных сантиметра — это почти столько же сколько площадь всей Nvidia 3090, вместе с системой охлаждения и разъемами.
А что вы скажете на то, что этот монстр способен симулировать некоторые физические модели быстрее самих законов физики? Заинтриговали? Что ж тогда присаживайтесь, наливайте чаек. Сегодня будет разбор по-настоящему огромного однокристального процессора!
Итак, что же это за монстр такой и зачем он нужен? Давайте сразу ответим на второй вопрос — этот процессор создан для машинного обучения и искусственного интеллекта. Кроме того он сильно расширит возможности для различного сложного моделирования и сможет заглядывать в будущее. Вообще, искусственный интеллект — это невероятно интересная и актуальная тема, а ее главные ограничения — это слабые вычислительные мощности. А если хотите узнать о реальных проектах с использованием искусственного интеллекта — у Илона Маска есть такой в запасе — Open UI.
Если вы думали, что закон Мура со своим увеличением количества транзисторов в процессоре каждые 1,5 года — это быстро, то посмотрите на потребности в области ИИ, ведь спрос на эти вычисления удваивается каждые 3,5 месяца!
Классический подход — это напихать кучу процессоров в серверные стойки, к каждому подвести систему охлаждения и питания, при этом каждый отдельный процессор еще надо связать друг с другом, а это, кстати, неизбежно вызывает задержки.
Скажем так — если вы возьмете двигатель от Ferrari и запихнете ее в старые Жигули, то машина конечно поедет быстрее, но как Ferrari все равно не поедет. Поэтому тут нужен принципиально иной подход, ведь для того? чтобы получить настоящий гиперкар надо взять хорошие тормоза, подвеску, рассчитать аэродинамику; с компьютерами точно также.
Компания Церебро это и сделала — они решили разработать свою систему с нуля, то есть вообще все — от архитектуры самих процессоров, до системы охлаждения и питания.
Это огромная машина, потребляющая 20 килоВатт, и занимающая треть стандартной серверной стойки, то есть можно размещать по три таких компьютера в одной стойке! А сам чип, по своей сути и предназначению, напоминает серверные GPU от NVIDIA, так что давайте их и сравним. Возьмем Nvidia Tesla V100.
Цифр много, приготовьтесь! Кроме размеров самого кристалла, процессор Церебро обладает четырьмя сотнями тысяч ядер, что в 78 раз больше, чем число ядер на NVIDIA Tesla V100! Количество транзисторов взрывает мозг — 1,2 триллиона, против 21 миллиарда у NVIDIA.
А сколько там памяти? 18 гигабайт l2 cache memory прямо на чипе! Это в три тысячи раз больше, чем у V100. Кстати у 3090 от той же NVIDIA, памяти на чипе тоже 6 мегабайт, прямо как у V100. Ну а про ширину полосы пропускания даже говорить страшно — у V100 это 300 Гигабит в секунду, а у Церебро — 100 ПЕТАбит в секунду. То есть разница в 33 тысячи раз!
А чтобы достичь схожей вычислительной мощности они заявляют, что нужна тысяча 100 карт NVIDIA, что суммарно будет потреблять в 50 раз больше мощности и занимать в 40 раз больше места — это очень значительная экономия электроэнергии и свободного пространства.
Это конечно прекрасно — цифры поражают. Но как удалось их достичь?
Суть в размере. Чип — большой, нет, даже огромный. Именно это позволяет разместить столько всего на одном кристалле. И главное, что связь между элементами мгновенная, потому что не нужно заниматься сбором данных с разных чипов.
Однако, размер — это одновременно и главный недостаток Церебро.
Давайте по-порядку. Первое и главное — нагрев. Разработчики этого монстра прекрасно понимали, что они создают и какая система охлаждения нужна, поэтому она, как и сам процессор, были разработаны с нуля. Она представляет из себя комбинацию жидкостного охлаждения, которое направляется к охлаждаемым медным блокам! Охлаждающая жидкость проходя через мощный насос попадает в радиатор, где с помощью вентилятора происходит ее охлаждение, а горячий воздух уже выдувается наружу четырьмя дополнительными вентиляторами.
При потреблении 20 кВт, которые подаются через двенадцать разъемов питания, четыре уходит только на питание вентиляторов и насосов для системы охлаждения. Но в результате они достигли того, что чип работает при вдвое меньших температурах, чем стандартные GPU, что в конце концов повышает надежность всей системы.
Ну и конечно отдельно хочется сказать, что инженеры создали систему так, что она позволяет быстро менять почти любой компонент, что очень круто, так как в случае поломки — это уменьшает время возможного простоя.
Сам же чип собирает TSMC по, вы не поверите, 16 нанометровому техпроцессу. И тут вы можете справедливо возмутится. Как же так? Все уже делают чипы на 5 нм, какой смысл делать на древних 16 нм?
Тут то и скрывается вторая проблема. При производстве классических чипов, неизбежно бывает брак, который приводит к тому, что несколько чипов оказываются негодными и выкидываются или используются для других задач, и чем мельче тех процесс, тем выше процент брака. Но когда у тебя вся кремниевая подложка — это один чип, то любая ошибка в производстве приводит к тому, что всю пластину можно выкидывать. А при условии что одна пластина может изготавливаться несколько месяцев и стоит около миллиона долларов, что ж….
Суть в том, что ребята решили, как бы, подстраховаться. Ведь 16 нм техпроцессу уже почти семь лет: детали и тонкости при его производстве отлично изучены. Так сказать — уменьшают риски! Но стоит сказать, что уже ведется разработка и тестирование такого чипа на 7 нм, но его выход конечно будет зависеть от спроса на первое поколение! И там цифры просто огромные, только посмотрите на таблицу.
И тут вы можете справедливо заметить, что мы пока что ни слова не сказали о результатах, которых можно достичь с помощью этого монстра. Тут сложно, так как информация, в основном, закрытая, однако какие-то детали все равно просачиваются в медийное пространство.
Национальная лаборатория энергетических технологий Министерства энергетики США заявила, что CS-1 — первая система, которая смоделировала работу более миллиона топливных ячеек быстрее, чем в режиме реального времени.
Это означает, что когда CS-1 используется для моделирования, например, электростанции на основе данных о ее текущем состоянии, она может сказать, что произойдет в будущем быстрее, чем законы физики дадут такой же результат. Вы поняли? С помощью этого ПК можно заглянуть в будущее с высокой точностью, и если нужно подкорректировать и изменить его. И еще, например, в симуляции с 500 миллионами переменных Cerebras CS-1 уже обогнал суперкомпьютер Joule, занимающий 69-е место в рейтинге самых мощных суперкомпьютеров мира. Так что похоже со спросом проблем не ожидается.
Церебро планируется использовать для прогнозирования погоды или температуры внутри ядерного реактора или, например, проектирования крыльев самолета. Несомненно, лаборатории и различные исследовательские центры по всему миру найдут для Церебро области применения. Как вы понимаете, компьютер будет дорогим, но точная цена неизвестна.
Из открытых источников мы нашли только что в 2020 году в суперкомпьютерном центре Питтсбурга было куплено 2 компьютера Cerebras CS-1 за 5 миллионов долларов. Но система делается только под заказ и под каждого конкретного клиента, так что цена может варьироваться.
Выводы
Это явно уникальная система. И такого раньше никто не делал! Большинство производителей считают, что гораздо выгоднее и эффективнее наштамповать кучу маленьких процессоров, так как вероятность брака или поломки сильно падает и каждая ошибка сильно дешевле. Разработчики Церебро же решили пойти рискованным путем и, судя по тому, что процессор Cerebras CS-2 уже тестируют, их путь успешен.
И если все что они заявили — сбудется, то нас ждет абсолютно новая эра серверных вычислений, невероятные возможности для создания компьютерных моделей, новые мощности искусственного интеллекта. Нет сомнений, что и гиганты рынка, такие как Nvidia, Intel, Google, посмотрев на удачный опыт Церебро займутся разработкой своих огромных однокристальных систем. А вы только представьте, что будет если совместить это с квантовыми вычислениями, о которых мы недавно делали разбор? Ух!
Будем следить за развитием технологий, и продолжим дальше делать для вас такие интересные обзорные материалы про самые современные достижения!
PS. Кстати, лайк если поняли пасхалку в Церебро — ведь решетка радиатора выполнена в форме специальной сетки, которая используется в компьютерном моделировании для расчетов. Отсылка к предназначению Церебро!
