Die neue AMD XDNA-Architektur wird es ermöglichen, Algorithmen der künstlichen Intelligenz möglichst effizient auf zukünftigen Ryzen-Prozessoren auszuführen.
In letzter Zeit fällt es schwer, das nicht zu bemerken AMD Hypes um XDNA und die berühmten NPU-Mikroprozessoren, die jetzt in Ryzen integriert sind. Das ist verständlich – das Unternehmen möchte in dieser Nische seinen Platz finden. Schließlich kommt KI mittlerweile auf allen Geräten zum Einsatz, auch auf PCs, Tablets und Laptops.
Wenn wir schon genug von RDNA und Zen als Architektur für Prozessoren hatten, dann wurde 2023 eine weitere geboren, namens XDNA. AMD hat beschlossen, neue Architekturentwicklungen für GPUs, CPUs und NPUs zu starten, die Algorithmen der künstlichen Intelligenz so effizient wie möglich auf zukünftigen Ryzen-Prozessoren ausführen sollen. Tatsächlich sehen wir, dass diese Komponenten auf demselben Chip platziert werden. Werfen wir einen genaueren Blick auf die neue XDNA-Architektur für Prozessoren Ryzen von AMD.
Lesen Sie auch: Alles über den Neuralink Telepathy-Chip: Was er ist und wie er funktioniert
Was ist AMD XDNA?
AMD XDNA ist die Architektur, die die NPU von AMD Ryzen-Prozessoren unterstützt, deren Chip für bestimmte Aufgaben der künstlichen Intelligenz zuständig ist. AMD definiert es als eine „räumliche Datenstrom-NPU-Architektur, die aus einer Mosaikanordnung von Engines für künstliche Intelligenz besteht.“ Wie bei Zen oder RDNA findet auch hier Entwicklung statt: Wir haben bereits XDNA der ersten Generation, und erst kürzlich wurde das Update der XDNA 2-Architektur veröffentlicht.
Die Grundlage für die Funktionsweise neuronaler Netze ist der Datenfluss von einer Neuronenschicht zur anderen. Angenommen, es gibt mehrere Schichten von Neuronen, in denen jeder „Punkt“ eine Rechenfunktion ausführt – zum Beispiel eine Matrixmultiplikation oder Faltung, und dann werden die Daten zur Verarbeitung an das nächste Neuron weitergeleitet. Es gibt ziemlich viele sequentielle Abhängigkeiten von Level zu Level. Um dies zu verfolgen, funktioniert die Ryzen-KI-Engine-Architektur als adaptive Datenflussarchitektur, bei der sie tatsächlich eine große Anzahl von Berechnungen nutzen und Daten effizient von Array zu Array übertragen kann. Dies kann ohne Zugriff auf den externen Speicher oder gar den Cache erfolgen, was oft mehr Strom verbraucht und zu längeren Latenzzeiten führt.
AMD hat eine neue XDNA-Architektur entwickelt, um eine maximale Berechnungsdichte ohne großen Energie- und Ressourcenaufwand zu ermöglichen. In der XDNA-Architektur können wir sehen, dass die IA- oder AI-Engine-Mechanismen in Form einer Mosaikmatrix organisiert sind.
Das Mosaik selbst besteht aus folgenden Elementen:
- VLIW-Vektorprozessor
- Skalarer RISC-Prozessor
- Lokaler Speicher zum Speichern von Daten, Aktivierungen und Koeffizienten
- Lokale Daten
Herkömmliche Architekturen verwenden normalerweise Caches, um sich wiederholende Daten abzurufen. Dies ist jedoch bei XDNA nicht der Fall. In diesem Fall nutzt der neuronale Prozessor NPU seinen eigenen Speicher und seinen eigenen Datenstrom, um mit geringem Stromverbrauch zu arbeiten, da der Zugriff auf den Cache den Stromverbrauch des Prozessors erhöht.
Die Vektorprozessoren, die wir in jedem Schnitt oder Mosaik sehen, werden für maschinelles Lernen und fortgeschrittene Signalverarbeitungsanwendungen verwendet. Sie garantieren, dass jede KI-Engine mit einer Frequenz von mehr als 1,3 GHz arbeitet. Dies sorgt für effiziente Funktionen, Leistung und geringe Latenz. Mit einfachen Worten: Die Produktivität wird steigen und der Stromverbrauch der Prozessoren wird auf einem niedrigen Niveau bleiben.
Ein Skalarprozessor ist eine einfache Klasse von Mikroprozessoren. Dieser Prozessor verarbeitet ein Datenelement pro Befehl (typische Datenelemente können ganze Zahlen oder Gleitkommazahlen sein). Im Gegensatz zu Skalarprozessoren arbeitet bei Vektorprozessoren ein Befehl mit mehreren Datenelementen. In der neuen AMD XDNA-Architektur wird ein RISC-Skalarprozessor für Verbindungsmodi und Datentypverwaltung verwendet.
Das Debüt der neuen AMD XDNA-Architektur erfolgte bereits mit dem Ryzen 7040, der im Januar 2023 vorgestellt wurde.
Die Modelle dieser Linie werden gemäß den 4-nm-FinFET-Technologienormen hergestellt, verwenden bis zu 8 Rechenkerne mit Zen 4-Architektur und verfügen außerdem über eine recht leistungsstarke integrierte RDNA3-Grafik. Darüber hinaus war der AMD Ryzen 7040 der erste Prozessor des Herstellers, der über eine Hardwareeinheit zur Beschleunigung von Berechnungen mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz verfügte. Die KI-Engine heißt Ryzen AI und basiert auf der skalierbaren XDNA-Architektur.
Die Serie der Phoenix-Mobilchips umfasst zum Start drei Modelle – den 8-Kern-Ryzen 9 7940HS (8/16; 4,0/5,2 GHz), den Ryzen 7 7840HS (8/16; 3,8/5,1 GHz) und den 6-Kern-Ryzen 5 7640HS (6/12; 4,3/5,0 GHz). Alle Chips verfügen über einen L3-Cache-Puffer mit einer Kapazität von 16 MB und einen L2-Cache von 1 MB pro Kern. Die angegebene TDP aller CPUs ist zwischen 35 und 54 W konfigurierbar.
Es nutzt die Arbeit von Xilinx, dessen Übernahme Anfang letzten Jahres abgeschlossen wurde und AMD fast 50 Milliarden US-Dollar kostete. Somit kann die integrierte Ryzen-KI-Einheit als erste praktische Arbeit des verstärkten Teams für Verbraucherlösungen angesehen werden.
Lesen Sie auch: Werden wir alle zu Hologrammen? Entwicklung der Holographie von der Theorie zur Praxis
Vorteile von XDNA
Das Unternehmen AMD selbst konzentriert sich auf vier Vorteile der neuen XDNA-Architektur. Erstens kann die NPU dank der neuen Architektur in wenigen Minuten programmiert und kompiliert werden. Darüber hinaus vereinfacht es den Arbeitsablauf für Machine-Learning-Entwickler und macht die Datenverarbeitung für KI effizienter.
Es lohnt sich auch zu verstehen, dass es einen deterministischen Vorteil gibt, also eine engere Beziehung und gegenseitige Bestimmung aller Phänomene und Prozesse. Die Entwickler sagen, dass die DMA-Mechanismen (Direct Memory Access) selbst Daten- und Befehlsspeicher über eine Die-to-Die-Verbindung zuweisen. Dadurch kann der Prozessor effizienter arbeiten.
Die Architektur selbst arbeitet effizienter, da der NPU-Neuroprozessor eine hohe Rechendichte und eine hervorragende Energieeffizienz bietet. Das Vorhandensein des NPU-Neuroprozessors wird nämlich die Grundlage für die Entwicklung des neuen Windows 12 sein. Das heißt, AMD veröffentlicht in Zukunft eine neue Architektur für Ryzen-Prozessoren.
Der größte Vorteil der neuen Architektur ist ihre Skalierbarkeit. Denn 2D-Matrizen, die aus Mechanismen der künstlichen Intelligenz bestehen, ermöglichen die Skalierung von Dutzenden bis Hunderten von Kacheln auf einem einzigen Gerät. Dies ist ein wirklich großer Fortschritt in der Prozessorleistung.
Auch interessant: Über Quantencomputer in einfachen Worten
Doch wie hat AMD es geschafft, dies in so kurzer Zeit umzusetzen?
Die Antwort darauf ist ganz einfach: die Übernahme von Xilinx. Ich möchte Sie daran erinnern, dass AMD im Februar 2022 die Übernahme des amerikanischen Unternehmens Xilinx für wahnsinnige 50 Milliarden US-Dollar abgeschlossen hat. Dies ist der größte Deal aller Zeiten im Bereich Mikroschaltungen. Mit dieser besonderen Akquisition erweitert AMD sein Portfolio über die CPUs und GPUs hinaus mit einem großen Portfolio an neu programmierten Chips.
AMD XDNA wird im Wesentlichen die IP-Architektur von Xilinx für FPGA-Frameworks zur Beschleunigung von Anwendungen der künstlichen Intelligenz sein. Die Technologie existierte bereits, AMD wollte sie lediglich in tragbaren Prozessoren oder Massen-APUs implementieren.
Bisher spricht AMD nur vom neuen Ryzen 8040 mit XDNA-3-Architektur, da diese noch nicht vorgestellt wurden. Sie sind noch nicht auf dem Markt und wir haben keine Tische mit unterschiedlichen Modellen oder Optionen gesehen. Darüber hinaus werden sie nicht einmal auf der offiziellen Website des Unternehmens beworben.
AMDs neuestes Produkt auf dem Markt ist der Ryzen 7040, bei dem wir „HS“-Varianten und einige „HX“-Ausnahmen sehen. HS-Modelle kombinieren Effizienz und Leistung, und in der Vergangenheit haben wir H oder HX für maximale Leistung gesehen.
AMD änderte den Kurs seiner Reihe tragbarer Prozessoren, indem es H und HX eliminierte und nur Platz für HS und U ließ. Darüber hinaus veröffentlicht die Marke praktisch keinen AMD Ryzen 3, wir sehen höchstens einen Chip namens AMD Ryzen 3 7320U, nichts mehr!
Hinsichtlich der technischen Eigenschaften liegen die neuen AMD Ryzen 8040 (Hawk Point)-Prozessoren nahe an den aktuellen Ryzen 7040 (Phoenix)-Chips. Sie erhalten außerdem bis zu acht Zen 4-Kerne mit Unterstützung für SMT-Technologie und einer Boost-Frequenz von bis zu 5,2 GHz sowie eine Radeon 740M/760M/780M-Grafikeinheit auf der RDNA-Architektur der 3. Generation.
Gerüchten zufolge hat das Unternehmen drei separate Ryzen 8040-Linien vorbereitet, die sich hinsichtlich der TDP unterscheiden: Ryzen 8x45HS (35-54 W), Ryzen 8x40HS (20-30 W) und Ryzen 8x40U (15-30 W). Interessanterweise fehlt den jüngeren Modellen die NPU-Einheit für KI-Operationen und sie basieren wahrscheinlich auf dem aktualisierten Phoenix2-Chip. Die NPU-Einheit selbst wurde, wenn man AMD glauben darf, verbessert und bietet nun 40 % mehr Leistung.
Lisa Su, die Präsidentin von AMD, versprach, dass die ersten Geräte mit AMD Ryzen 8040 (Hawk Point)-Prozessoren bis zum Ende des ersten Quartals 2024 in den Handel kommen werden.
Auch interessant: Terraforming Mars: Könnte sich der Rote Planet in eine neue Erde verwandeln?
Alternative zu AMD XDNA: Intels Low Power Island
Während AMD sich auf seine NPU konzentriert, die alle Elemente umfasst, unterteilt Intel den Chip lieber in vier Teile (Grafik, SoC, I/O und Rechenleistung). Der Teil, der uns interessiert und der mit AMD XDNA konkurrieren kann, befindet sich innerhalb der IO-Kachel und wird Low Power Island genannt.
Auf Low Power Island finden wir Folgendes:
- Neuroprozessor NPU
- Speichercontroller
- Zwei elektronische Kerne mit geringer Leistung
- Infrastrukturprozessor IPU
- Multimedia-Engine
- Bildschirmbeweger
- PUNIT-Mikroprozessor
- Skalierbarer Stoff
Darüber hinaus nimmt Intel die sogenannten E-Cores Low Power Island (LP) in das SoC-Mosaik auf, das darauf abzielt, Energie zu sparen. Diese Kernel helfen dem Thread-Direktor bei der Ausführung einfacher Prozesse und Hintergrundaufgaben.
Dieses Feature ist neu bei Intels Core-Ultra-Notebook-Prozessoren, die ebenfalls im Dezember 2023 eingeführt wurden. Wir können diese Chips in Geschäften finden, und ihr Preis ist sozusagen nicht sehr beliebt. Nun, es sieht so aus, als würde die „Partei der künstlichen Intelligenz“ die Preise für Chips erhöhen.
Auch interessant: Universum: Die ungewöhnlichsten Weltraumobjekte
Und AMD XDNA 2?
Ich finde es interessant, sich daran zu erinnern, dass AMD erst vor zwei Monaten XDNA 2 angekündigt hat. Können Sie sich vorstellen, dass Ryzen mit Zen 2 und Zen 5 im selben Jahr auf den Markt kommt? Vielleicht passiert etwas Ähnliches mit AMD Ryzen 6 und 8040.
Im Jahr 2024 ist AMD Ryzen 8040 noch nicht erschienen. Aber bei der gleichen Advancing AI-Gala haben AMD-Entwickler bereits neue Strix Point-Prozessoren auf Basis von Zen 5 angekündigt, die mit der neuen XDNA 2-Architektur ausgestattet sein werden. Wenn wir AMD Ryzen Hawk Point nicht testen konnten, stellen Sie sich vor, was wir sagen können Sie über XDNA 2: nichts. Ja, der AMD Ryzen 7040 ist mit XDNA ausgestattet, allerdings mit weniger NPUs als der Ryzen 8040, sodass wir bis zur Ankunft der neuen Prozessoren noch nicht einmal Vermutungen anstellen können.
Bei der Präsentation behaupteten die Entwickler, dass der Prozessor der neuen Architektur dreimal leistungsstärker sei als XDNA, aber wir wissen nicht, wie leistungsfähig die erwähnte NPU-Architektur ist, also können wir uns nur auf ihr Wort verlassen. Ich hoffe, dass AMD die Zahlen nicht aus Marketinggründen übertreibt, denn man hat schon früher versucht, Intel die Krone abzunehmen, ist in diesem Bereich aber nicht einmal annähernd drangekommen. Auf dem Desktop war das anders.
Lesen Sie auch: James Webb Space Telescope: 10 Ziele zu beobachten
Kann die neue XDNA-Architektur für Spiele verwendet werden?
Es ist noch nicht klar, aber es sei denn, sie haben es mit viel Tamtam angekündigt … es sieht so aus, als ob wir die neue XDNA-Architektur nicht für Spiele nutzen können. Sonst hätten sie angesichts der Bemühungen von AMD, die Gaming-Welt zu erobern, sofort darüber geschrien. Alles ist auf geschäftliche und KI-Anwendungen für maschinelles Lernen ausgerichtet, es sei denn, die Grafik-Engine verfügt über künstliche Intelligenz, mit der sie arbeiten kann. Dort ist das Einsatzgebiet heutzutage sehr groß.
Vielleicht wird sich mit der Zeit alles ändern. Wir warten auf neue Details zu XDNA und werden Ihnen auf jeden Fall alles erzählen.
Lesen Sie auch: