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谷歌TPU勢頭正勁 英偉達GPU突圍AI芯片勝算有幾分

2017-06-05

2017臺北國際電腦展COMPUTEX 2017已經于5月30日開幕。英偉達的創始人兼CEO黃仁勛在AI論壇上發表了演說,談到了英偉達的人工智能規劃。

今年5月9日,英偉達公布了第一季度的財報,第一季度營收19.4億美元,同比跳漲48.4%,凈收入5.07億美元,比去年同期跳漲126%。其中,游戲顯卡業務營收占了總營收的53%,仍然是英偉達的主力軍。但是數據中心業務收入翻倍至4.09億美元,汽車業務收入也增長了24%至1.4億美元。從去年起,數據中心和汽車業務加速發展,為提振股價起到了重要作用。黃仁勛曾表示,人工智能已經到了變革的邊緣,最終將會有1萬億的設備擁有人工智能,而英偉達也正在變為人工智能公司。

黃仁勛在5月30日的演講上談到,CPU的性能增長遇到瓶頸,成長空間僅剩10%,而基于GPU的運算具有極大的潛力,成為推動人工智能的關鍵技術。他表示,到2025年,GPU的性能將是現在的1000倍。

以GPU為基礎打入人工智能市場,英偉達一路高歌猛進,目前已經是人工智能GPU第一大廠。十幾年前,人們開始將計算任務從CPU卸載到GPU,英偉達2006年推出了CUDA技術,來解放GPU的計算能力,經過多年的積累,目前CUDA+GPU已經在深度學習方面表現出了極強的適應性和強大的計算能力。

5月11日,英偉達在圣何塞的GPU技術大會上發布了新品Tesla V100,又稱Volta,號稱是史上最強的GPU加速器,專門針對服務器市場,用來處理需要強大計算能力支持的密集型HPC、AI和圖形處理任務。其運算架構采用了臺積電12nm FFN制程,集成了211億個晶體管和5120個計算機內核,并且配備了40個Tensor內核,具有非常強大的深度學習性能。相對于之前的Pascal架構,深度學習訓練速遞提升了12倍,推理速度也提升了6倍。推理性能要比英特爾的Skylake CPU架構快15到25倍。每秒處理浮點運算能達到120萬億次。

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英偉達代表了GPU方向,那么另外兩個通往人工智能的重要方向——英特爾的CPU和谷歌的TPU又有什么樣的優勢?

作為CPU全球霸主,英特爾在切入人工智能的時候依然要用CPU做武器。去年英特爾先后收購深度學習初創公司Nervana Systems(Nervana開發的Engine芯片在深度學習訓練方面具有優于傳統GPU的能耗和性能優勢)、機器視覺初創公司Movidius,還曾用167億的價格收購了FPGA制造商Alera。英特爾表示將在2017年推出深度學習專用芯片,速度比GPU快10倍,并且將在2020年之前將深度學習訓練速度提升100倍。目前英偉達的GPU炒得火熱,人們都在質疑,關于人工智能,到底是CPU更合適,還是GPU更具有優勢。

GPU包含多個流處理單元,更加擅長大規模的并行計算,適用于數據并行度高的計算密集型程序,對于AI這種編程框架,尤其是對圖形圖像的計算速度遠超CPU。因此GPU更適合訓練神經網絡,在AlphaGo給了人們更加深刻的關于人工智能的認知之后,GPU的優勢也被放大。雖然GPU有著可怕的數據運算能力,但是CPU是中央處理器,是做通用計算的,對于并行程度要求低,對數據的依賴性不高,適合處理多樣的任務。在前期的數據獲取,例如圖像采集、人臉識別,以及后期的決策環節、和傳感器等渠道的信息綜合方面,CPU都具有明顯優勢,而中間的過程靠GPU進行并行計算,這樣才能給出完整的人工智能路徑。二者的側重點不同,優勢不同,但都是人工智能發展所不可或缺的。英偉達雖然掌握了GPU霸權,英特爾的速度也慢了些,但是那幾起收購案不可小覷。

值得注意的是,最近升級版的AlphaGo再戰柯潔,谷歌的TPU也逐漸被越來越多的人了解。不像CPU、GPU發展多年,TPU是谷歌推出TensorFlow框架幾年后才研發出來的,是專門針對TensorFlow框架,服務于AI計算。由于排除了GPU中的其他部分,留下了專門處理AI的部分,因此TPU以其針對性和高效性被看好。那么TPU是否能夠碾壓GPU和CPU呢?

不久前的I/O大會上,谷歌的第二代TPU亮相。曾經作為英偉達的客戶的谷歌,如今為了更高效地推進人工智能,自己研發專用芯片。第二代TPU能夠達到180 TFLOP/s的浮點性能,和傳統GPU相比提升15倍,比CPU提升30倍。另外谷歌還推出一個TPU pod陣列,能夠包含64顆二代TPU。與一代相比,二代除了提高計算能力之外,還提高了數據推理能力,前幾天AlphaGo的精彩表現就展示出了這一點。

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但是英偉達指出,谷歌拿TPU和舊的GPU比是不合適的。另一方面,GPU是通用芯片,TPU則是專門為特定用途設計,只用來執行單一工作的ASIC,因此二者并不具有太大的可比性。目前第二代TPU已經能夠支持浮點運算,而且能達到180萬億次,已經超越了英偉達Tesla V100,在人工智能的研究中,谷歌的TPU具有明顯優勢。

谷歌這樣的巨頭有充分的資源用自己造的TPU來對特定的研發任務進行專用加速,但是未來的市場,物聯網深入布局,移動設備更加多樣,會有更廣泛旺盛的需求,也會有更多變的算法需要實現。因此未來的市場面臨的是,選擇功能強大的通用型芯片還是更加專業、有效的ASIC。英偉達的重心在技術落地和變現,而谷歌則在全面探索人工智能。能夠高效率地解決更多的問題,就是工具的價值所在,目前圍繞AI芯片的所謂“三強爭霸”的說法并不準確,專注GPU的英偉達能否成為起AI芯片界的高通未可知,但是谷歌不會成為一個芯片公司。 不管是CPU、GPU還是TPU,都只是發展的必經階段。二代TPU和Volta很快會被迭代,芯片本身要服務于計算,因此需要通過互相的借鑒和超越來互相推進,滿足日益增長的計算需求。未來也許還會出現針對不同計算需求的ASIC,也許也會出現一種或多種更加強大的通用型芯片。


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