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IBM全新AIU芯片:5nm工艺,230亿晶体管!深度学习处理性能强劲!

Carol Li 来源:电子发烧友网 作者:李弯弯 2022-11-24 01:53 次阅读
电子发烧友网报道(文/李弯弯)不久前,IBM 研究院推出了一款AI处理器,名为人工智能单元(Artificial Intelligent Unit,AIU),这是IBM首个用于运行和训练深度学习模型的完整 SoC。IBM声称,其比通用CPU工作更快、更高效。

AIU:32个处理器核心、230亿个晶体管

这款AIU芯片是IBM研究院AI硬件中心投入五年开发出的结果,AI硬件中心于2019年启动,专注于开发下一代芯片与AI系统。该中心的目标是,计划未来每年将AI硬件效率提升2.5倍。到2029年,将AI模型的训练和运行速度拉高1000倍。

据IBM介绍,该芯片采用5nm制程工艺,共有32个处理器核心和230亿个晶体管,在设计易用性方面,与普通显卡相当,能够介入任何带有PCI插槽的计算机或服务器。AIU芯片,旨在支持多种格式并简化从图像识别到自然语言处理的人工智能工作流程。

AIU芯片与传统用于训练的GPU芯片有何不同?一直以来,深度学习模型依赖于CPU加GPU协处理器的组合进行训练与运行。GPU最初是为沉浸图形图像而开发,后来人们发现其在AI领域有着显著优势,因此GPU在AI训练领域占据了非常重要的位置。

IBM开发的AIU并非图形处理器,它是专为深度学习模型加速设计的,针对矩阵和矢量计算进行了优化。AIU能够解决高复杂计算问题,并以远超CPU的速度执行数据分析。

AIU芯片有何特点呢?过去这些年,AI与深度学习模型在各行各业中快速普及,同时深度学习的发展也给算力资源带来了巨大的压力。深度学习模型的体量越来越大,包含数十亿甚至数万亿个参数。而硬件效率的发展却似乎跟不上深度学习模型的增长速度。

过去,计算一般集中在高精度64位与32位浮点运算层面。IBM认为,有些计算任务并不需要这样的精度,于是提出了降低传统计算精度的新术语——近似计算。

如何理解呢?IBM认为对于常见的深度学习任务,其实并不需要那么高的计算精度,就比如说人类大脑,即使没有高分辨率,也能够分辨出家人或者小猫。也就是说各种任务,其实都可以通过近似计算来处理。

在AIU芯片的设计中,近似计算发挥着重要作用。IBM研究人员设计的AIU芯片精度低于CPU,而这种较低精度也让新型AIU硬件加速器获得了更高的计算密度。IBM使用混合8位浮点(HFP)计算,而非AI训练中常见的32位或16点浮点计算。由于精度较低,因此该芯片的运算执行速度可达到FP16的2倍,同时继续保持类似的训练效能。

IBM在AI芯片技术上的不断升级

在去年2月的国际固态电路会议(ISSCC 2021)上,IBM也曾发布过一款性能优异的AI芯片,据IBM称它是当时全球首款高能效AI芯片,采用7nm制程工艺,可达到80%以上的训练利用率和60%以上的推理利用率,而通常情况下,GPU的利用率在30%以下。

有对比数据显示,IBM 7nm高能效AI芯片的性能和能效,不同程度地超过了IBM此前推出的14nm芯片、韩国科学院(KAIST)推出的65nm芯片、平头哥推出的12nm芯片含光800、NVIDIA推出的7nm芯片A100、联发科推出的7nm芯片。

IBM去年推出的这款7nm AI芯片支持fp8、fp16、fp32、int4、int2混合精度。在fp32和fp8精度下,这款芯片每秒浮点运算次数分别达到16TFLOPS和25.6TFLOPS,能效比为3.5TFLOPS/W和1.9TFLOPS。而被业界高度认可的NVIDIA A100 GPU在fp16精度下的能效比为0.78TFLOPS/W,低于IBM这款高能效AI芯片。

IBM在官网中称,这款AI芯片之所以能够兼顾能效和性能,是因为该芯片支持超低精度混合8位浮点格式((HFP8,hybrid FP8)。这是IBM于2019年发布的一种高度优化设计,允许AI芯片在低精度下完成训练任务和不同AI模型的推理任务,同时避免任何质量损失。

可以看到IBM此次发布的新款AIU与去年2月发布的7nm AI芯片,都采用了IBM此前提出的近似计算。从性能来看,去年推出的那款AI芯片一定程度上甚至超过了目前业界训练场景普遍使用的NVIDIA A100 GPU,而今年新推出的AIU无论是在制程工艺、晶体管数量上都有升级,可想而知性能水平将会更高。

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    发表于 07-10 17:53 661次阅读

    2020年半导体制造工艺技术前瞻

      晶体管制造工艺在近年来发展得不是非常顺利,行业巨头英特尔的主流产品长期停滞在14nm上,10nm工艺性能也迟迟得不到改善。台积电、三星等巨头虽然在积极推进7nm乃至5nm工艺,但是其频率和性能
    发表于 07-07 11:38

    芯片里面100多亿晶体管是如何实现的

      如今随着芯片制程的不断提升,芯片中可以有100多亿晶体管,如此之多的晶体管,究竟是如何安上去的呢?  这是一个Top-down View 的SEM照片,可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构
    发表于 07-07 11:36

    Nvidia发布安培GPU架构,7nm工艺+542亿晶体管

    在近日的GTC上,Nvidia发布了最新的安培架构,以及基于安培架构的A100 GPU。A100 GPU使用台积电7nm工艺实现,包含了542亿晶体管,据官方消息可以实现比起上一代V100高7倍的性能
    发表于 05-20 10:17 2004次阅读

    英伟达安培架构GPU A100上市,7nm工艺超540亿晶体管

    据国外媒体报道,图形处理器厂商英伟达周四推出了他们首款基于安培架构的GPU英伟达A100,采用7nm工艺制造,集成超过540亿晶体管
    发表于 05-15 10:33 1004次阅读

    台积电3nm工艺计划每平方毫米集成2.5亿晶体管 2022年大规模量产

    3nm工艺,外媒的报道显示,台积电是计划每平方毫米集成2.5亿晶体管。 作为参考,采用台积电7nmEUV工艺的麒麟9905G尺寸113.31mm2,晶体管密度103亿,平均下来是0.9亿/mm2,3nm工艺晶体管
    的头像 发表于 04-20 11:27 3623次阅读

    台积电正式披露3nm工艺最新细节 晶体管密度达到2.5亿/mm²

    近日,台积电正式披露了其最新3nm工艺的细节详情,其晶体管密度达到了破天荒的2.5亿/mm²!
    的头像 发表于 04-20 09:09 2150次阅读

    台积电3nm晶体管密度达到2.5亿/mm2

    近日,台积电正式披露了其最新3nm工艺的细节详情,其晶体管密度达到了破天荒的2.5亿/mm²!
    的头像 发表于 04-20 09:02 2704次阅读

    受疫情影响 三星5nm量产计划要推迟:损失较大

    公司几乎不可能从苹果、高通等巨头那里获得订单支持。 另一方面,台积电计划在2020年第二季度为苹果、华为、AMD生产5nm芯片,而三星尚未提供大规模量产5nm工艺的详细时间表,二者的差距有望进一步
    发表于 04-18 15:06

    3D晶体管有什么作用?

    其实早在2002年Intel即发现了这一技术,一直处于试验演示阶段,现在终于把它变成了现实,Intel打算把它融入到22nm的“Ivy Bridge”芯片,Ivy Bridge晶体管的数量将达到10亿
    发表于 04-07 09:01

    台积电正在计划开始大规模生产5nm工艺芯片

    台积电5nm制造工艺基于ULV,也就是紫外线光刻技术实现,之前的7nm EUV工艺同样也是基于这项技术。那么制程的缩小又意味着什么?相比于7nm工艺5nm工艺可以进一步提升芯片晶体管密度,提升性能并降低
    的头像 发表于 03-12 14:10 2123次阅读

    Intel将在2023年推出5nm GAA工艺,重回领导地位指日可待!

    FinFET晶体管随后也成为全球主要晶圆厂的选择,一直用到现在的7nm5nm工艺
    发表于 03-12 07:48 1853次阅读

    Intel放弃FinFET晶体管转向GAA晶体管 GAA工艺性能提升或更明显

    Intel之前已经宣布在2021年推出7nm工艺,首发产品是数据中心使用的Ponte Vecchio加速卡。7nm之后的5nm工艺更加重要了,因为Intel在这个节点会放弃FinFET晶体管转向GAA晶体管
    的头像 发表于 03-11 09:51 5135次阅读
    Intel放弃FinFET<b>晶体管</b>转向GAA<b>晶体管</b> GAA<b>工艺性能</b>提升或更明显

    Intel在5nm节点跟进GAA工艺重夺领导地位

    Intel之前已经宣布在2021年推出7nm工艺,首发产品是数据中心使用的Ponte Vecchio加速卡。7nm之后的5nm工艺更加重要了,因为Intel在这个节点会放弃FinFET晶体管转向GAA晶体管
    的头像 发表于 03-11 08:56 2078次阅读
    Intel在<b>5nm</b>节点跟进GAA<b>工艺</b>重夺领导地位

    5nn重夺领导地位 GAA工艺性能提升将会更明显

    Intel之前已经宣布在2021年推出7nm工艺,首发产品是数据中心使用的Ponte Vecchio加速卡。7nm之后的5nm工艺更加重要了,因为Intel在这个节点会放弃FinFET晶体管转向GAA晶体管
    的头像 发表于 03-11 08:40 2099次阅读

    全球进入5nm时代

    nm晶圆厂进入生产状态。台积电的5nm制程分为N5及N5P两个版本。N5相较于当前的7nm制程N7版本在性能方面提升了15%、功耗降低了30%,晶体管密度提升了80%。N5P版本性能较N5提升7
    发表于 03-09 10:13

    华为首发麒麟1020 5nm工艺芯片将在今年上半年正式量产

    台积电作为5nm芯片生产规模最大的代工厂之一,根据其计划,5nm工艺芯片将在今年上半年正式量产。
    的头像 发表于 03-06 13:54 3297次阅读

    三星上马GAA技术,台积电继续改进FinFET晶体管工艺

    再下一个节点就是3nm工艺了,这个节点非常重要,因为摩尔定律一直在放缓,FinFET晶体管一度被认为只能延续到5nm节点,3nm要换全新技术方向。
    的头像 发表于 02-21 19:32 3073次阅读
    三星上马GAA技术,台积电继续改进FinFET<b>晶体管工艺</b>

    高通发布第三代5G基带芯片 首发三星5nm工艺

    高通昨晚发布了第三代5G基带芯片——骁龙X50,使用的是5nm工艺。高通对5nm工艺的代工厂来源守口如瓶,不过外媒报道称骁龙X60首发了三星的5nm工艺
    的头像 发表于 02-19 15:09 2247次阅读

    中科院研发出了一种2nm及以下工艺的新型晶体管

    目前最为先进的芯片制造技术为7nm+Euv工艺制程,比较出名的就是华为的麒麟990 5G芯片,内置了超过100亿晶体管
    发表于 01-16 08:48 1910次阅读

    中国CPU芯片或将实现弯道超车,有望搞定2nm工艺

    目前全球最先进的半导体工艺已经进入7nm,下一步还要进入5nm、3nm节点,制造难度越来越大,其中晶体管结构的限制至关重要,未来的工艺需要新型晶体管
    的头像 发表于 12-10 16:56 3152次阅读

    新型垂直纳米环栅晶体管,或是2nm及以下工艺的备选

    目前全球最先进的半导体工艺已经进入 7nm,下一步还要进入 5nm、3nm 节点,制造难度越来越大,其中晶体管结构的限制至关重要,未来的工艺需要新型晶体管
    的头像 发表于 12-10 15:40 6490次阅读

    有奖话题:华为海思麒麟1000处理器曝光,你怎么看?

    在IFA展会上,华为正式发布了麒麟990系列处理器,其中麒麟9905G首发了台积电7nm+EUV工艺,集成了103亿晶体管,这点上比苹果A13处理器还要领先。 麒麟990是华为第一款5
    发表于 09-27 10:04

    台积电2020年3月开始量产5nm工艺,晶体管密度提升最多80%

    7nm+ EUV节点之后,台积电5nm工艺将更深入地应用EUV极紫外光刻技术,综合表现全面提升,官方宣称相比第一代7nm EDV工艺可以带来最多80%的晶体管密度提升,15%左右的性能提升或者30%左右的功耗降低。
    的头像 发表于 09-26 14:49 4159次阅读

    集成350亿晶体管的世界最大芯片诞生

    在相同的半导体工艺下,晶体管集成数量和密度是决定一款芯片性能强弱的关键指标之一,比如AMD最新发布的64个核心的第二代霄龙处理器据集成了高达320亿晶体管
    发表于 08-22 14:58 1058次阅读

    2020年新款iPhone将采用5nm工艺制程处理器带来了更好的性能和功能

    台积电计划在明年第一季度开始量产5nm芯片5nm较7nm晶体数量将增加1.8倍,性能提升15%。不过在今年,2019款iPhone还是继续采用7nm工艺制程的芯片性能较上代的A12有所提升。而高通下一代旗舰芯片
    发表于 06-17 10:36 951次阅读

    苹果iPhone 12有望采用全新5nm EUV工艺制程的A14仿生芯片

    台积电指出,5nm制程将会完全采用极紫外光(EUV)微影技术,因此可带来EUV技术提供的制程简化效益。5nm制程能够提供全新等级的效能及功耗解决方案,支援下一代的高端移动及高效能运算需求的产品。目前,其他晶元厂的7nm工艺尚举步维艰,在5nm时代台积电再次领先。
    发表于 04-04 16:05 1515次阅读

    台积电投资250亿美元建厂,明年4月试产5nm EUV工艺

    在7nm及以下节点上,台积电的进展是最快的,今年量产7nm不说,最快明年4月份就要试产5nm EUV工艺了,不过这个节点的投资花费也是惊人的,台积电投资250亿美元建厂,5nm芯片设计费用也要比7nm工艺提升50%。
    的头像 发表于 10-08 09:52 3211次阅读

    台积电5nm节点投资250亿美元,而3nm工艺也确定了投资计划了

    与16nm FF工艺相比,台积电的7nm工艺(代号N7)将提升35%的性能,降低65%的能耗,同时晶体管密度是之前的三倍。2019年初则会推出EUV工艺的7nm+(代号N7+)工艺晶体管密度再提升20%,功耗降低10%
    的头像 发表于 08-17 10:28 1.8w次阅读

    爆EUV技术在5nm存在随机缺陷,目前无解

    采用新的容错处理器架构,例如神经网络。 最近的缺陷突然出现在15nm左右的关键尺寸上,而这是针对2020年代工工艺制造5nm芯片所需的技术节点。EUV制造商ASML在去年的活动中提及,该公司正在准备可
    发表于 04-10 17:05

    【AD新闻】全球第一座5nm工厂开建!2020年初量产

    。 业界人士指出,在相同功率下,5nm可比7nm提高40%至50%效能表现,提供芯片高运算能力,而比起10nm晶体管省电70%,让讲究高待机时间移动设备,电力可使用时间更长,除了低功耗、高效能之外,晶粒大小也大幅缩减。
    发表于 01-28 13:43

    三星联手IBM5nm工艺叫板台积电 台积电5nm工厂已经启动

    作为台积电最有竞争力的竞争对手,三星联手IBM打造5nm工艺叫板台积电。 为了实现这个壮举,就必须在现有的芯片内部构架上进行改变。研究团队将硅纳米层进行水平堆叠,而非传统的硅半导体行业的垂直堆叠构架,这使得5nm晶体管工艺有了实现可能,而这一工艺
    的头像 发表于 01-20 19:56 6476次阅读
    三星联手<b>IBM</b>搞<b>5nm</b>新<b>工艺</b>叫板台积电 台积电<b>5nm</b>工厂已经启动

    摩尔定律被唱衰 IBM 5纳米芯片再获突破

    IBM宣布在晶体管的制造上获得了巨大的突破,运用最新工艺研制出了300亿5纳米晶体管。和10nm芯片对比同等效率下,5纳米芯片可以节省74%电能。
    发表于 12-27 12:39 889次阅读

    为什么晶体管使用越久,功耗越低?

    IBM在内的芯片制造商已经在其芯片开发中考虑晶体管老化的影响,正在采取适当的方式来补偿因为老化导致的芯片性能下降。也许很快在新的芯片中,就会集成类似“芯片里程表”的功能模块。  随着芯片设计和制造工艺
    发表于 06-15 11:41

    IBM研发5纳米芯片全新制造工艺

    IBM今日宣布,IBM与其研究联盟合作伙伴Global Foundries以及三星公司为新型的芯片制造了5纳米大小的晶体管。研究团队将硅纳米层进行水平堆叠,而非传统的硅半导体行业的垂直堆叠构架,这使得5纳米晶体管工艺有了实现可能。这项技术有可能应
    发表于 06-07 14:28 884次阅读

    5nmIBM攻破!摩尔定律已死成谣言?

    ,我们能够在指甲盖大小的芯片上以7nm工艺部署大约200亿晶体管,以5nm工艺能够部署大约300亿晶体管IBM最新推出的研究成果能够实现大约40%的性能提升,或者是在保持相同性能的基础上
    发表于 06-07 08:44

    5nm是物理极限,芯片发展将就此结束?

    摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。然而事情的发展总归会有一个权限,5nm则是硅芯片工艺的极限所在,事实上,随着10nm、7nm芯片研发消息不断报出
    发表于 12-22 10:23 4w次阅读

    5nm晶体管会是什么样?

    5nm的时候,芯片制造商会面临很多未知的挑战。“我目前的想法是5nm是会实现,但是直到2020年前,我们都不会看到大批量的投产”,Gartner的分析师Bob Johnson表示。如果你问我真正的量产时间,我觉得这个时间会是2021或者20222年,Bob补充说。
    发表于 11-11 14:00 1.6w次阅读
    <b>5nm</b>的<b>晶体管</b>会是什么样?

    最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm

    有些失灵了,因为从芯片的制造来看,7nm就是物理极限。一旦晶体管大小低于这一数字,它们在物理形态上就会非常集中,以至于产生量子隧穿效应,为芯片制造带来巨大挑战。因此,业界普遍认为,想解决这一问题就必须
    发表于 10-08 09:25

    IBM展示领先芯片技术,3D晶体管碳纳米来袭

    FinFET的芯片。在2月份举行的这次Common Platform 2013技术论坛上,IBM除了展示FinFET这种3D晶体管技术外,还展示了诸如硅光子晶体管,碳纳米等前沿技术。
    发表于 02-20 23:04 7458次阅读

    拯救摩尔定律 IBM 9nm工艺碳纳米晶体管

    根据最新消息,IBM成功利用碳纳米材料,在单个芯片上集成了上万个9nm制程工艺晶体管,相信大家对于著名的摩尔定律都略知一二,但是随着集成电路晶体管尺寸越来越小,CPU内存等
    发表于 11-08 10:28 2866次阅读

    Intel已开始研发7nm5nm工艺

    `Intel CEO Paul Otellini近日对投资者透露,半导体巨头已经开始了7nm5nm工艺的研发工作,这也是Intel第一次官方披露后10nm时代的远景规划。他说:“我们的研究和开发
    发表于 05-14 11:36

    晶体管性能的检测

    孔,按动相应的V(BR)键,再从表中读出反向击穿电压值。对于反向击穿电压低于50V的晶体管,也可用图5-58中所示的电路进行测试。将待测晶体管VT的集电极C、发射极E与测试电路的A端、B端相连(PNP
    发表于 04-26 17:06

    晶体管(transistor)

    晶体管(transistor) 4          5纳米工艺的四核处理器已能容纳8亿晶体管
    发表于 11-05 10:34 621次阅读

    IBM43RF0100EV评估板评估IBM43RF0100 SiGe晶体管性能

    IBM43RF0100EV评估板评估IBM43RF0100 SiGe晶体管性能&nbsp;
    发表于 05-12 11:46

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