全球十大AI训练芯片大盘点

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AI芯片哪家强？现在，有直接的对比与参考了。

英国一名资深芯片工程师James W. Hanlon，盘点了当前十大AI训练芯片。

并给出了各个指标的横向对比，也是目前对AI训练芯片最新的讨论与梳理。

其中，华为昇腾910是中国芯片厂商唯一入选的芯片，其性能如何，也在这一对比中有了展现。

△ *代表推测，†代表单芯片数据。

Cerebras Wafer-Scale Engine

这一芯片于今年8月份正式面世，名为“晶圆级引擎”（Cerebras Wafer Scale Engine，简称WSE）。

其最大的特征是将逻辑运算、通讯和存储器集成到单个硅片上，是一种专门用于深度学习的芯片。

一举创下4项世界纪录：

• 晶体管数量最多的运算芯片：总共包含1.2万亿个晶体管。虽然三星曾造出2万亿个晶体管的芯片，却是用于存储的eUFS。
• 芯片面积最大：尺寸约20厘米×23厘米，总面积46225平方毫米。
• 片上缓存最大：包含18GB的片上SRAM存储器。
• 运算核心最多：包含410,592个处理核心

之所以能够有如此亮眼的数据，直接得益于其集成了84个高速互连的芯片，单个芯片在FP32上的峰值性能表现为40 Tera FLOPs，芯片功率达15千瓦，与AI集群相当。

片上缓存也达到了18GB，是GPU缓存的3000倍；可提供每秒9PB的内存带宽， 比GPU快10,000倍。

晶片规模集成，并不是一个新的想法，但产量、功率传输和热膨胀相关的问题使其很难商业化。在这些方面，Cerebras都给出了相应的解决办法：

• 为了解决缺陷导致良率不高的问题，Cerebras在设计的芯片时候考虑了1~1.5%的冗余，添加了额外的核心，当某个核心出现问题时将其屏蔽不用，因此有杂质不会导致整个芯片报废。
• Cerebras与台积电合作发明了新技术，来处理具有万亿加晶体管芯片的刻蚀和通讯问题。
• 在芯片上方安装了一块“冷却板”，使用多个垂直安装的水管直接冷却芯片。

Cerebras公司由Sean Lie（首席硬件架构师）、Andrew Feldman（首席执行官）等人于2016年创立。后者曾创建微型服务器公司SeaMicro，并以3.34亿美元的价格出售给AMD。

该公司在加州有194名员工，其中包括173名工程师，迄今为止已经从Benchmark等风投机构获得了1.12亿美元的投资。

拓展阅读：

史上最大AI芯片诞生：462平方厘米、40万核心、1.2万亿晶体管，创下4项世界纪录

Google TPU（v1、v2、v3）

Google TPU系列芯片正式发布于2016年，第一代芯片TPU v1只用于推理，而且只支持整数运算。

通过在PCIe-3之间发送指令来执行矩阵乘法和应用激活函数，从而为主机CPU提供加速，节省了大量的设计和验证时间。其主要数据为：

• 芯片面积331平方毫米，28nm制程
• 频率为700 MHz，功耗28-40W
• 片上存储为28 MB SRAM：24MB 用于激活，4MB 用于累加器
• 芯片面积比例：35%用于内存，24%用于矩阵乘法单元，剩下的41%面积用于逻辑。
• 256x256x8b收缩矩阵乘法单元(64K MACs/cycle)
• Int8和 INT16算法(峰值分别为92和23 TOPs/s)

IO数据：

• 可以通过两个接口访问8 GB DDR3-2133 DRAM，速度为34 GB/s
• PCIe-3x16 (14 GBps)

2017年5月，Google TPU v2发布，改进了TPU v1的浮点运算能力，并增强了其内存容量、带宽以及HBM 集成内存，不仅能够用于推理，也能够用于训练。其单个芯片的数据如下：

• 20nm制程，功耗在200-250W（推测）
• BFloat16上性能表现为45 TFLOPs，也支持 FP32
• 具有标量和矩阵单元的双核
• 集成4块芯片后，峰值性能为180 TFLOPs

单核数据：

• 128x128x32b收缩矩阵单元(MXU)
• 8GB专用HBM，接入带宽300 GBps
• BFloat16上的最大吞吐量为22.5 TFLOPs

IO数据：

• 16Gb HBM集成内存，600 GBps带宽(推测)
• PCIe-3 x8 (8 GBps)

Google TPU v2发布一年之后，Google再度发布新版芯片——TPU v3。

但关于TPU v3的细节很少，很可能只是对TPU v2一个渐进式改版，性能表现翻倍，增加了HBM2内存使容量和带宽翻倍。其单个芯片的数据如下：

• 16nm或12nm制程，功耗估计在200W
• BFloat16的性能为105 TFLOPs，可能是MXUs的2倍到4倍
• 每个MXU都能访问8GB的专用内存
• 集成4个芯片后，峰值性能420 TFLOPs

IO数据：

• 32GB的HBM2集成内存，带宽为1200GBps (推测)
• PCIe-3 x8 (8 GBps)（推测）

拓展阅读：

想了解TPU 3.0？Jeff Dean推荐看看这段视频

Graphcore IPU

Graphcore成立于成立于2016年，不仅备受资本和业界巨头的青睐，还颇受业内大佬的认可。

2018年12月，宣布完成2亿美元的D轮融资，估值17亿美元。投资方有宝马、微软等业界巨头，还有著名的风投公司Sofina、Atomico等。

AI巨头Hinton、DeepMind创始人哈萨比斯，都直接表达了赞美。

（编辑：青岛站长网）

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