Nová architektura AMD XDNA umožní co nejefektivněji provozovat algoritmy umělé inteligence na budoucích procesorech Ryzen.
V poslední době je těžké si toho nevšimnout AMD Hypes XDNA a slavné mikroprocesory NPU nyní uvnitř Ryzenu. Je to pochopitelné - společnost chce najít své místo v tomto výklenku. Umělá inteligence se totiž nyní objevuje na všech zařízeních, včetně počítačů, tabletů a notebooků.
Když už jsme měli dost RDNA a Zen jako architektury pro procesory, tak v roce 2023 přišla na svět další, nazvaná XDNA. AMD se rozhodlo zahájit vývoj nové architektury pro GPU, CPU a NPU, které budou co nejefektivněji provozovat algoritmy umělé inteligence na budoucích procesorech Ryzen. Ve skutečnosti vidíme, že tyto komponenty budou umístěny na stejném čipu. Pojďme se blíže podívat na novou architekturu XDNA pro procesory Ryzen od AMD.
Přečtěte si také: Vše o čipu Neuralink Telepathy: co to je a jak funguje
Co je AMD XDNA?
AMD XDNA je architektura podporující NPU procesorů AMD Ryzen, jejichž čip je zodpovědný za specifické úkoly umělé inteligence. AMD jej definuje jako „architekturu NPU pro tok prostorových dat sestávající z mozaikového pole enginů umělé inteligence“. Stejně jako v případě Zen nebo RDNA i zde probíhá vývoj: již máme XDNA první generace a poměrně nedávno vyšla aktualizace architektury XDNA 2.
Základem fungování neuronových sítí je tok dat z jedné vrstvy neuronů do druhé. Předpokládejme, že existuje několik vrstev neuronů, kde každý „bod“ vykonává nějakou výpočetní funkci – například násobení matice nebo konvoluci, a poté jsou data předána dalšímu neuronu ke zpracování. Existuje poměrně velká sekvenční závislost od úrovně k úrovni. Za tímto účelem funguje architektura enginu Ryzen AI jako architektura adaptivního toku dat, kde může skutečně využívat velké množství výpočtů a efektivně přenášet data z pole do pole. To lze provést bez přístupu k externí paměti nebo dokonce mezipaměti, což často spotřebovává více energie a má za následek delší latenci.
AMD vyvinulo novou architekturu XDNA s cílem poskytnout maximální hustotu výpočtů bez vynaložení velkého množství energie a zdrojů. V architektuře XDNA můžeme vidět, že mechanismy IA nebo AI Engine jsou organizovány ve formě mozaikové matice.
Samotná mozaika se skládá z následujících prvků:
- vektorový procesor VLIW
- Skalární RISC procesor
- Lokální paměť pro ukládání dat, aktivací a koeficientů
- Místní data
Konvenční architektury obvykle používají cache pro získávání opakujících se dat, ale to není případ XDNA. V tomto případě NPU neurálního procesoru využívá vlastní paměť a vlastní datový tok k provozu s nízkou spotřebou energie, protože přístup k mezipaměti zvyšuje spotřebu energie procesoru.
Vektorové procesory, které vidíme v každém řezu nebo mozaice, se používají pro strojové učení a pokročilé aplikace zpracování signálu. Zaručují, že každý AI motor bude pracovat na frekvenci vyšší než 1,3 GHz. To zajišťuje efektivní funkce, výkon a nízkou latenci. Jednoduše řečeno, produktivita se zvýší a spotřeba procesorů zůstane na nízké úrovni.
Skalární procesor je jednoduchá třída mikroprocesorů. Tento procesor zpracovává jeden datový prvek na instrukci (typickými datovými prvky mohou být celá čísla nebo čísla s plovoucí desetinnou čárkou). Ve vektorových procesorech, na rozdíl od skalárních procesorů, jedna instrukce pracuje s více datovými prvky. V nové architektuře AMD XDNA bude pro režimy připojení a správu datových typů použit skalární procesor RISC.
Debut nové architektury AMD XDNA již proběhl s Ryzenem 7040, který byl představen v lednu 2023.
Modely této řady jsou vyráběny podle technologických standardů 4 nm FinFET, využívají až 8 výpočetních jader s architekturou Zen 4 a dostaly i docela výkonnou integrovanou grafiku RDNA3. Navíc to byly AMD Ryzen 7040, které se staly prvními procesory výrobce s hardwarovou jednotkou pro urychlení výpočtů s algoritmy souvisejícími s umělou inteligencí. Umělá inteligence se nazývá Ryzen AI a je založena na škálovatelné architektuře XDNA.
Série mobilních čipů Phoenix na začátku zahrnuje tři modely - 8jádrový Ryzen 9 7940HS (8/16; 4,0/5,2 GHz), Ryzen 7 7840HS (8/16; 3,8/5,1 GHz) a 6jádrový Ryzen 5 7640HS (6/12; 4,3/5,0 GHz). Všechny čipy mají vyrovnávací paměť L3 o kapacitě 16 MB a mezipaměť L2 1 MB na jádro. Uvedené TDP všech CPU je konfigurovatelné v rozsahu 35-54 W.
Využívá práci společnosti Xilinx, jejíž akvizice byla dokončena na začátku loňského roku a stála AMD téměř 50 miliard dolarů Integrovaná AI jednotka Ryzen lze tedy považovat za první praktickou práci posíleného týmu pro spotřebitelská řešení.
Přečtěte si také: Staneme se všichni hologramy? Vývoj holografie od teorie k praxi
Výhody XDNA
Samotná společnost AMD se zaměřuje na čtyři výhody nové architektury XDNA. Za prvé, díky nové architektuře lze NPU naprogramovat a zkompilovat během několika minut. Kromě toho usnadňuje vývojářům strojového učení pracovní postup a zefektivňuje zpracování dat pro umělou inteligenci.
Také stojí za to pochopit, že existuje deterministická výhoda, tedy užší vztah a vzájemná determinace všech jevů a procesů. Vývojáři říkají, že samotné mechanismy přímého přístupu do paměti (DMA) přidělují data a paměť instrukcí pomocí připojení die-to-die. To umožní procesoru pracovat efektivněji.
Samotná architektura pracuje efektivněji, protože neuroprocesor NPU poskytuje vysokou hustotu výpočtu a vynikající energetickou účinnost. Totiž přítomnost neuroprocesoru NPU bude základem pro vývoj nových Windows 12. Tedy AMD do budoucna vydává novou architekturu pro procesory Ryzen.
Největší výhodou nové architektury je její škálovatelnost. Protože 2D matice sestávající z mechanismů umělé inteligence umožňují škálování od desítek až po stovky dlaždic na jediném zařízení. To je opravdu obrovský krok ve výkonu procesoru.
Zajímavé také: O kvantových počítačích jednoduchými slovy
Jak se to ale AMD podařilo za tak krátkou dobu implementovat?
Odpověď na to je docela jednoduchá: akvizice Xilinx. Připomenu, že AMD v únoru 2022 dokončilo akvizici americké společnosti Xilinx za šílených 50 miliard dolarů, což je vůbec největší obchod v oblasti mikroobvodů. Touto konkrétní akvizicí AMD expanduje za hranice svých CPU a GPU s velkým portfoliem přeprogramovaných čipů.
AMD XDNA bude v podstatě IP architektura Xilinx pro rámce FPGA pro urychlení aplikací umělé inteligence. Technologie již existovala, AMD ji jen chtělo implementovat do přenosných procesorů nebo hromadných APU.
AMD zatím mluví pouze o nových Ryzenech 8040 s architekturou XDNA 3, protože ty ještě nebyly představeny. Ještě se nedostaly na trh a neviděli jsme stoly s různými modely nebo možnostmi. Navíc nejsou ani inzerovány na oficiálních stránkách společnosti.
Nejnovějším produktem AMD na trhu je Ryzen 7040, ve kterém vidíme „HS“ varianty a některé „HX“ výjimky. Modely HS kombinují účinnost a výkon a historicky jsme viděli H nebo HX pro maximální výkon.
AMD změnilo kurz na své řadě přenosných procesorů, vyřadilo H a HX, ponechalo jen prostor pro HS a U. Navíc AMD Ryzen 3 značka prakticky nevydává, maximálně vidíme jen čip s názvem AMD Ryzen 3 7320U, nic více!
Z hlediska technických vlastností se nové procesory AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) blíží současným čipům Ryzen 7040 (Phoenix). Dostanou také až osm jader Zen 4 s podporou technologie SMT a boost frekvencí až 5,2 GHz a také grafickou jednotku Radeon 740M/760M/780M na architektuře RDNA 3. generace.
Podle pověstí společnost připravila tři samostatné řady Ryzenů 8040, které se liší TDP: Ryzen 8x45HS (35-54 W), Ryzen 8x40HS (20-30 W) a Ryzen 8x40U (15-30 W). Zajímavé je, že mladší modely postrádají jednotku NPU pro operace AI a jsou pravděpodobně postaveny na aktualizovaném čipu Phoenix2. Samotná jednotka NPU, dá-li se AMD věřit, byla vylepšena a nyní poskytuje o 40 % vyšší výkon.
Lisa Su, prezidentka AMD, slíbila, že první zařízení s procesory AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) se začnou prodávat do konce prvního čtvrtletí roku 2024.
Zajímavé také: Terraforming Mars: Mohla by se rudá planeta proměnit v novou Zemi?
Alternativa k AMD XDNA: Low Power Island od Intelu
Zatímco AMD se zaměřuje na své NPU, které zahrnuje všechny prvky, Intel preferuje rozdělení čipu na 4 části (grafika, SoC, I/O a výpočetní). Část, která nás zajímá a která může konkurovat AMD XDNA, je uvnitř dlaždice IO a nazývá se Low Power Island.
Na ostrově Low Power Island najdeme následující:
- Neuroprocesor NPU
- Paměťový ovladač
- Dvě elektronická jádra s nízkým výkonem
- Infrastrukturní procesor IPU
- Multimediální engine
- Stěhovač obrazovky
- mikroprocesor PUNIT
- Škálovatelná tkanina
A nejen to, Intel do mozaiky SoC zařazuje tzv. E-Cores Low Power Island (LP), jehož cílem je úspora energie. Tato jádra pomáhají řediteli vláken spouštět lehké procesy a úlohy na pozadí.
Tato funkce je novinkou u procesorů Intel Core Ultra notebooků, které byly také představeny v prosinci 2023. Tyto chipsy najdeme v obchodech a jejich cena není takříkajíc lidová. No, vypadá to, že „strana umělé inteligence“ se chystá zdražit čipy.
Zajímavé také: Vesmír: Nejneobvyklejší vesmírné objekty
A AMD XDNA 2?
Myslím, že je zajímavé si připomenout, že právě před 2 měsíci AMD oznámilo XDNA 2. Dokážete si představit, že Ryzen se Zen 5 a Zen 6 přijdou ve stejném roce? Možná se něco podobného stane s AMD Ryzen 8040 a 9040.
V roce 2024 se AMD Ryzen 8040 ještě neobjevil. Ale na stejném galavečeru Advancing AI vývojáři AMD již oznámili nové procesory Strix Point založené na Zen 5, které přijdou s novou architekturou XDNA 2. Pokud jsme se nedostali k testování AMD Ryzen Hawk Point, představte si, co můžeme říct ty o XDNA 2: nic. Ano, AMD Ryzen 7040 je vybaven XDNA, ale s méně NPU než Ryzen 8040, takže do příchodu nových procesorů nemůžeme ani hádat.
Vývojáři na prezentaci tvrdili, že procesor na nové architektuře je 3x výkonnější než XDNA, ale nevíme, jak výkonná je zmíněná architektura NPU, takže je můžeme brát jen za slovo. Doufám, že AMD nenafukuje čísla pro marketingové účely, protože se už dříve pokoušelo vzít Intelu korunu, ale v tomto sektoru se ani nepřiblížilo. Na ploše bylo všechno jinak.
Přečtěte si také: Vesmírný dalekohled Jamese Webba: 10 cílů k pozorování
Lze novou architekturu XDNA použít pro hraní her?
Zatím to není jasné, ale pokud to neoznámí se spoustou fanfár... vypadá to, že novou architekturu XDNA nebudeme moci používat pro hraní her. Jinak by to hned zakřičeli, vzhledem ke snaze AMD dobýt herní svět. Vše je zaměřeno na byznys a aplikace strojového učení AI, pokud grafický engine nemá umělou inteligenci, se kterou by pracoval. Tam je pole použití v dnešní době velmi široké.
Snad se časem vše změní. Počkáme si na nové podrobnosti o XDNA a určitě vám o všem povíme.
Přečtěte si také: