La nouvelle architecture AMD XDNA permettra d'exécuter le plus efficacement possible des algorithmes d'intelligence artificielle sur les futurs processeurs Ryzen.
Dernièrement, il est difficile de ne pas le remarquer AMD fait le buzz autour de XDNA et des fameux microprocesseurs NPU désormais intégrés à Ryzen. C'est compréhensible : l'entreprise veut trouver sa place dans ce créneau. Après tout, l’IA apparaît désormais sur tous les appareils, y compris les PC, tablettes et ordinateurs portables.
Si nous en avions déjà assez de RDNA et Zen comme architecture pour processeurs, alors en 2023 une autre est née, appelée XDNA. AMD a décidé de lancer de nouveaux développements d'architecture pour les GPU, CPU et NPU qui exécuteront le plus efficacement possible les algorithmes d'intelligence artificielle sur les futurs processeurs Ryzen. En fait, on voit que ces composants seront placés sur la même puce. Examinons de plus près la nouvelle architecture XDNA pour les processeurs Ryzen d'AMD.
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Qu’est-ce qu’AMD XDNA ?
AMD XDNA est l'architecture qui prend en charge le NPU des processeurs AMD Ryzen, dont la puce est responsable de tâches spécifiques d'intelligence artificielle. AMD le définit comme une « architecture NPU de flux de données spatiales composée d'une mosaïque de moteurs d'intelligence artificielle ». Comme dans le cas de Zen ou RDNA, le développement est également en cours ici : nous disposons déjà de XDNA de première génération, et avons récemment publié une mise à jour de l'architecture XDNA 2.
La base du fonctionnement des réseaux de neurones est le flux de données d'une couche de neurones à une autre. Supposons qu'il existe plusieurs couches de neurones, où chaque « point » remplit une fonction de calcul - par exemple, une multiplication matricielle ou une convolution, puis les données sont transmises au neurone suivant pour traitement. Il existe une grande dépendance séquentielle d’un niveau à l’autre. Pour suivre cela, l'architecture du moteur Ryzen AI fonctionne comme une architecture de flux de données adaptative où elle peut réellement utiliser un large éventail de calculs et transférer efficacement des données d'une baie à l'autre. Cela peut être fait sans accéder à la mémoire externe ni même au cache, ce qui consomme souvent plus d'énergie et entraîne une latence plus longue.
AMD a développé une nouvelle architecture XDNA afin de fournir une densité de calcul maximale sans dépenser beaucoup d'énergie et de ressources. Dans l’architecture XDNA, on constate que les mécanismes IA ou AI Engine sont organisés sous la forme d’une matrice mosaïque.
La mosaïque elle-même est composée des éléments suivants :
- Processeur vectoriel VLIW
- Processeur RISC scalaire
- Mémoire locale pour stocker les données, les activations et les coefficients
- Données locales
Les architectures conventionnelles utilisent généralement des caches pour récupérer des données répétitives, mais ce n'est pas le cas de XDNA. Dans ce cas, le processeur neuronal NPU utilise sa propre mémoire et son propre flux de données pour fonctionner avec une faible consommation d'énergie, car l'accès au cache augmente la consommation d'énergie du processeur.
Les processeurs vectoriels que nous voyons dans chaque tranche, ou mosaïque, sont utilisés pour les applications d'apprentissage automatique et de traitement avancé du signal. Ils garantissent que chaque moteur d'IA fonctionnera à une fréquence supérieure à 1,3 GHz. C’est ce qui garantit des fonctionnalités efficaces, des performances et une faible latence. En termes simples, la productivité augmentera et la consommation électrique des processeurs restera faible.
Un processeur scalaire est une classe simple de microprocesseur. Ce processeur traite un élément de données par instruction (les éléments de données typiques peuvent être des nombres entiers ou des nombres à virgule flottante). Dans les processeurs vectoriels, contrairement aux processeurs scalaires, une instruction fonctionne avec plusieurs éléments de données. Dans la nouvelle architecture AMD XDNA, un processeur scalaire RISC sera utilisé pour les modes de connexion et la gestion des types de données.
Les débuts de la nouvelle architecture AMD XDNA ont déjà eu lieu avec le Ryzen 7040, présenté en janvier 2023.
Les modèles de cette gamme sont fabriqués selon les normes technologiques FinFET 4 nm, utilisent jusqu'à 8 cœurs de calcul avec l'architecture Zen 4 et reçoivent également des graphiques RDNA3 intégrés assez puissants. De plus, c'est l'AMD Ryzen 7040 qui est devenu le premier processeur du constructeur doté d'une unité matérielle permettant d'accélérer les calculs avec des algorithmes liés à l'intelligence artificielle. Le moteur d'IA s'appelle Ryzen AI et est basé sur l'architecture évolutive XDNA.
La série de puces mobiles Phoenix comprend au départ trois modèles : Ryzen 8 9HS à 7940 cœurs (8/16 ; 4,0/5,2 GHz), Ryzen 7 7840HS (8/16 ; 3,8/5,1 GHz) et Ryzen 6 5HS à 7640 cœurs. (6/12 ; 4,3/5,0 GHz). Toutes les puces disposent d'un tampon de cache L3 d'une capacité de 16 Mo et d'un cache L2 de 1 Mo par cœur. Le TDP spécifié de tous les processeurs est configurable dans la plage de 35 à 54 W.
Il utilise le travail de Xilinx, dont l'acquisition a été finalisée au début de l'année dernière et a coûté près de 50 milliards de dollars à AMD. L'unité Ryzen AI intégrée peut donc être considérée comme le premier travail pratique de l'équipe renforcée pour les solutions grand public.
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Avantages de XDNA
La société AMD elle-même se concentre sur quatre avantages de la nouvelle architecture XDNA. Tout d'abord, grâce à la nouvelle architecture, le NPU peut être programmé et compilé en quelques minutes. En outre, cela facilite le flux de travail des développeurs d’apprentissage automatique et rend le traitement des données pour l’IA plus efficace.
Il convient également de comprendre qu'il existe un avantage déterministe, c'est-à-dire une relation plus étroite et une détermination mutuelle de tous les phénomènes et processus. Les développeurs affirment que les mécanismes d'accès direct à la mémoire (DMA) allouent eux-mêmes la mémoire des données et des instructions à l'aide d'une connexion die-to-die. Cela permettra au processeur de fonctionner plus efficacement.
L'architecture elle-même fonctionne plus efficacement, car le neuroprocesseur NPU offre une densité de calcul élevée et une excellente efficacité énergétique. À savoir, la présence du neuroprocesseur NPU constituera la base du développement du nouveau Windows 12. Autrement dit, AMD publiera à l'avenir une nouvelle architecture pour les processeurs Ryzen.
Le plus grand avantage de la nouvelle architecture est son évolutivité. Parce que les matrices 2D constituées de mécanismes d’intelligence artificielle permettent de passer de dizaines à des centaines de tuiles sur un seul appareil. Il s’agit d’une amélioration considérable des performances du processeur.
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Mais comment AMD a-t-il réussi à mettre en œuvre cela en si peu de temps ?
La réponse à cette question est assez simple : l’acquisition de Xilinx. Je vous rappelle qu'en février 2022, AMD a finalisé l'acquisition de la société américaine Xilinx pour la somme folle de 50 milliards de dollars, la plus grosse transaction jamais réalisée dans le domaine des microcircuits. Avec cette acquisition particulière, AMD s'étend au-delà de ses compétences en matière de CPU et de GPU avec un large portefeuille de puces reprogrammées.
AMD XDNA sera essentiellement l'architecture IP de Xilinx pour les frameworks FPGA visant à accélérer les applications d'intelligence artificielle. La technologie existait déjà, AMD souhaitait simplement l'implémenter dans des processeurs portables ou des APU de masse.
Pour l'instant, AMD ne parle que des nouveaux Ryzen 8040 avec architecture XDNA 3, car ils n'ont pas encore été présentés. Ils ne sont pas encore arrivés sur le marché et nous n'avons pas vu de tables avec différents modèles ou options. De plus, ils ne sont même pas annoncés sur le site officiel de l'entreprise.
Le dernier produit d'AMD sur le marché est le Ryzen 7040, dans lequel on voit des variantes « HS » et quelques exceptions « HX ». Les modèles HS allient efficacité et performances, et historiquement, nous avons vu H ou HX pour une puissance maximale.
AMD a changé de cap sur sa gamme de processeurs portables, éliminant H et HX, ne laissant que de la place pour HS et U. De plus, la marque ne sort pratiquement pas d'AMD Ryzen 3, tout au plus, on ne voit qu'une puce appelée AMD Ryzen 3 7320U, rien plus!
En termes de caractéristiques techniques, les nouveaux processeurs AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) sont proches des puces Ryzen 7040 (Phoenix) actuelles. Ils recevront également jusqu'à huit cœurs Zen 4 avec prise en charge de la technologie SMT et une fréquence boost allant jusqu'à 5,2 GHz, ainsi qu'une unité graphique Radeon 740M/760M/780M sur l'architecture RDNA de 3ème génération.
Selon les rumeurs, la société aurait préparé trois gammes distinctes de Ryzen 8040, qui diffèrent en termes de TDP : Ryzen 8x45HS (35-54 W), Ryzen 8x40HS (20-30 W) et Ryzen 8x40U (15-30 W). Il est intéressant de noter que les modèles plus jeunes ne disposent pas de l'unité NPU pour les opérations d'IA et sont probablement construits sur la puce Phoenix2 mise à jour. L'unité NPU elle-même, si l'on en croit AMD, a été améliorée et offre désormais 40 % de performances en plus.
Lisa Su, présidente d'AMD, a promis que les premiers appareils équipés de processeurs AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) seraient mis en vente d'ici la fin du premier trimestre 2024.
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Alternative à AMD XDNA : l'îlot à faible consommation d'Intel
Alors qu'AMD se concentre sur son NPU, qui regroupe tous les éléments, Intel préfère diviser la puce en 4 parties (graphique, SoC, E/S et calcul). La partie qui nous intéresse, et qui peut rivaliser avec AMD XDNA, se trouve à l'intérieur de la tuile IO et s'appelle Low Power Island.
Sur Low Power Island, nous trouvons ce qui suit :
- Neuroprocesseur NPU
- Contrôleur de mémoire
- Deux cœurs électroniques de faible puissance
- Processeur d'infrastructure IPU
- Moteur multimédia
- Déplaceur d'écran
- Microprocesseur PUNIT
- Tissu évolutif
De plus, Intel inclut ce que l'on appelle les E-Cores Low Power Island (LP) dans la mosaïque SoC, qui vise à économiser de l'énergie. Ces noyaux aident le directeur de thread à exécuter des processus légers et des tâches en arrière-plan.
Cette fonctionnalité est nouvelle sur les processeurs pour ordinateurs portables Intel Core Ultra, qui ont également été introduits en décembre 2023. On peut trouver ces chips dans les magasins, et leur prix n'est pour ainsi dire pas très populaire. Eh bien, il semble que le « parti de l’intelligence artificielle » va augmenter le prix des puces.
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Et AMD XDNA 2 ?
Je pense qu'il est intéressant de rappeler qu'il y a à peine 2 mois, AMD a annoncé XDNA 2. Pouvez-vous imaginer Ryzen avec Zen 5 et Zen 6 arriver la même année ? Peut-être que quelque chose de similaire se produira avec les AMD Ryzen 8040 et 9040.
En 2024, l'AMD Ryzen 8040 n'est pas encore apparu. Mais lors du même gala Advancing AI, les développeurs d'AMD ont déjà annoncé de nouveaux processeurs Strix Point basés sur Zen 5, qui seront livrés avec la nouvelle architecture XDNA 2. Si nous n'avions pas pu tester AMD Ryzen Hawk Point, imaginez ce que nous pourrions dire vous parlez de XDNA 2 : rien. Oui, l'AMD Ryzen 7040 est équipé de XDNA, mais avec moins de NPU que le Ryzen 8040, nous ne pouvons donc même pas deviner jusqu'à l'arrivée des nouveaux processeurs.
Lors de la présentation, les développeurs ont affirmé que le processeur de la nouvelle architecture est 3 fois plus puissant que XDNA, mais nous ne savons pas quelle est la puissance de l'architecture NPU mentionnée, nous ne pouvons donc que les croire sur parole. J'espère qu'AMD ne gonfle pas les chiffres à des fins de marketing, car ils ont déjà tenté de prendre la couronne à Intel, mais n'y sont même pas parvenus dans ce secteur. Sur le bureau, les choses étaient différentes.
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La nouvelle architecture XDNA peut-elle être utilisée pour les jeux ?
Ce n'est pas encore clair, mais à moins qu'ils ne l'annoncent en grande pompe… il semble que nous ne pourrons pas utiliser la nouvelle architecture XDNA pour les jeux. Sinon, ils l'auraient immédiatement crié, étant donné les efforts d'AMD pour conquérir le monde du jeu vidéo. Tout est destiné aux applications commerciales et d’apprentissage automatique de l’IA, à moins que le moteur graphique ne dispose d’une intelligence artificielle avec laquelle travailler. Le champ d’application y est aujourd’hui très vaste.
Peut-être qu’avec le temps, tout changera. Nous attendrons de nouveaux détails sur XDNA et vous parlerons certainement de tout.
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