La nuova architettura AMD XDNA consentirà di eseguire algoritmi di intelligenza artificiale nel modo più efficiente possibile sui futuri processori Ryzen.
Ultimamente è difficile non notarlo AMD esalta XDNA e i famosi microprocessori NPU ora all'interno di Ryzen. È comprensibile: l'azienda vuole trovare il suo posto in questa nicchia. Dopotutto, l’intelligenza artificiale ora è presente su tutti i dispositivi, inclusi PC, tablet e laptop.
Se ne avevamo già abbastanza di RDNA e Zen come architettura per processori, nel 2023 ne è nata un'altra, chiamata XDNA. AMD ha deciso di avviare nuovi sviluppi di architettura per GPU, CPU e NPU che eseguiranno algoritmi di intelligenza artificiale nel modo più efficiente possibile sui futuri processori Ryzen. Vediamo infatti che questi componenti verranno posizionati sullo stesso chip. Diamo uno sguardo più da vicino alla nuova architettura XDNA per processori Ryzen di AMD.
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Cos'è l'AMD XDNA?
AMD XDNA è l'architettura che supporta la NPU dei processori AMD Ryzen, il cui chip è responsabile di compiti specifici dell'intelligenza artificiale. AMD la definisce come "un'architettura NPU di flusso di dati spaziali costituita da una serie di mosaici di motori di intelligenza artificiale". Come nel caso di Zen o RDNA, anche qui lo sviluppo avviene: abbiamo già XDNA di prima generazione, e recentemente è stato rilasciato l'aggiornamento dell'architettura XDNA 2.
La base del funzionamento delle reti neurali è il flusso di dati da uno strato di neuroni all'altro. Supponiamo che ci siano diversi strati di neuroni, in cui ogni "punto" esegue una funzione computazionale, ad esempio la moltiplicazione o la convoluzione della matrice, e quindi i dati vengono passati al neurone successivo per l'elaborazione. C'è molta dipendenza sequenziale da un livello all'altro. Per seguire ciò, l’architettura del motore AI Ryzen funziona come un’architettura di flusso di dati adattiva in cui può effettivamente utilizzare una vasta gamma di calcoli e trasferire i dati in modo efficiente da un array all’altro. Questo può essere fatto senza accedere alla memoria esterna o alla cache, che spesso consuma più energia e comporta una latenza più lunga.
AMD ha sviluppato una nuova architettura XDNA per fornire la massima densità di calcoli senza spendere molte energie e risorse. Nell'architettura XDNA, possiamo vedere che i meccanismi IA o AI Engine sono organizzati sotto forma di matrice a mosaico.
Il mosaico stesso è costituito dai seguenti elementi:
- Processore vettoriale VLIW
- Processore RISC scalare
- Memoria locale per la memorizzazione di dati, attivazioni e coefficienti
- Dati locali
Le architetture convenzionali di solito utilizzano le cache per recuperare dati ripetitivi, ma questo non è il caso di XDNA. In questo caso, la NPU del processore neurale utilizza la propria memoria e il proprio flusso di dati per funzionare con un basso consumo energetico, poiché l'accesso alla cache aumenta il consumo energetico del processore.
I processori vettoriali che vediamo in ogni fetta, o mosaico, vengono utilizzati per applicazioni di apprendimento automatico e di elaborazione avanzata del segnale. Garantiscono che ciascun motore AI funzionerà a una frequenza superiore a 1,3 GHz. Questo è ciò che garantisce funzionalità efficienti, prestazioni e bassa latenza. In parole semplici, la produttività aumenterà e il consumo energetico dei processori rimarrà a un livello basso.
Un processore scalare è una semplice classe di microprocessori. Questo processore elabora un elemento di dati per istruzione (gli elementi di dati tipici possono essere numeri interi o in virgola mobile). Nei processori vettoriali, a differenza dei processori scalari, un'istruzione funziona con diversi elementi di dati. Nella nuova architettura AMD XDNA, verrà utilizzato un processore scalare RISC per le modalità di connessione e la gestione del tipo di dati.
Il debutto della nuova architettura AMD XDNA è già avvenuto con il Ryzen 7040, presentato a gennaio 2023.
I modelli di questa linea sono prodotti secondo le norme tecnologiche FinFET a 4 nm, utilizzano fino a 8 core di calcolo con architettura Zen 4 e hanno anche ricevuto una grafica RDNA3 integrata piuttosto potente. Inoltre, è stato AMD Ryzen 7040 a diventare i primi processori del produttore con un'unità hardware per accelerare i calcoli con algoritmi legati all'intelligenza artificiale. Il motore AI si chiama Ryzen AI e si basa sull'architettura scalabile XDNA.
La serie di chip mobili Phoenix comprende inizialmente tre modelli: Ryzen 8 9HS a 7940 core (8/16; 4,0/5,2 GHz), Ryzen 7 7840HS (8/16; 3,8/5,1 GHz) e Ryzen 6 5HS a 7640 core. (6/12; 4,3/5,0 GHz). Tutti i chip hanno un buffer di cache L3 con una capacità di 16 MB e una cache L2 di 1 MB per core. Il TDP specificato di tutte le CPU è configurabile entro 35-54 W.
Si avvale del lavoro di Xilinx, la cui acquisizione è stata completata all'inizio dello scorso anno ed è costata ad AMD quasi 50 miliardi di dollari, quindi l'unità Ryzen AI integrata può essere considerata il primo lavoro pratico del team rafforzato per le soluzioni consumer.
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Vantaggi dell'XDNA
La stessa società AMD si concentra su quattro vantaggi della nuova architettura XDNA. Innanzitutto, grazie alla nuova architettura, la NPU può essere programmata e compilata in pochi minuti. Inoltre, semplifica il flusso di lavoro per gli sviluppatori di machine learning e rende più efficiente l’elaborazione dei dati per l’intelligenza artificiale.
Vale anche la pena capire che esiste un vantaggio deterministico, cioè una relazione più stretta e una determinazione reciproca di tutti i fenomeni e processi. Gli sviluppatori affermano che gli stessi meccanismi di accesso diretto alla memoria (DMA) allocano i dati e la memoria delle istruzioni utilizzando una connessione die-to-die. Ciò consentirà al processore di funzionare in modo più efficiente.
L'architettura stessa funziona in modo più efficiente, poiché il neuroprocessore NPU fornisce un'elevata densità di calcolo e un'eccellente efficienza energetica. Vale a dire, la presenza del neuroprocessore NPU costituirà la base per lo sviluppo del nuovo Windows 12. Cioè, AMD rilascerà in futuro una nuova architettura per i processori Ryzen.
Il più grande vantaggio della nuova architettura è la sua scalabilità. Perché le matrici 2D costituite da meccanismi di intelligenza artificiale consentono di scalare da decine a centinaia di tessere su un singolo dispositivo. Questo è davvero un enorme passo avanti nelle prestazioni del processore.
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Ma come è riuscita AMD a implementare tutto questo in un periodo di tempo così breve?
La risposta è abbastanza semplice: l'acquisizione di Xilinx. Permettetemi di ricordarvi che nel febbraio 2022 AMD ha completato l'acquisizione dell'azienda americana Xilinx per la cifra folle di 50 miliardi di dollari: si tratta della più grande operazione mai realizzata nel campo dei microcircuiti. Con questa particolare acquisizione, AMD si sta espandendo oltre l'ambito delle sue CPU e GPU con un ampio portafoglio di chip riprogrammati.
AMD XDNA sarà essenzialmente l'architettura IP di Xilinx per i framework FPGA per accelerare le applicazioni di intelligenza artificiale. La tecnologia esisteva già, AMD voleva solo implementarla nei processori portatili o nelle APU di massa.
Finora AMD parla solo dei nuovi Ryzen 8040 con architettura XDNA 3, perché non sono ancora stati presentati. Non sono ancora arrivati sul mercato e non abbiamo visto tavoli con modelli o opzioni diversi. Inoltre, non sono nemmeno pubblicizzati sul sito ufficiale dell'azienda.
L'ultimo prodotto di AMD sul mercato è il Ryzen 7040, in cui vediamo varianti "HS" e alcune eccezioni "HX". I modelli HS combinano efficienza e prestazioni e storicamente abbiamo visto H o HX per la massima potenza.
AMD ha cambiato rotta sulla sua linea di processori portatili, eliminando H e HX, lasciando spazio solo a HS e U. Inoltre, il marchio praticamente non rilascia AMD Ryzen 3, al massimo vediamo solo un chip chiamato AMD Ryzen 3 7320U, niente Di più!
In termini di caratteristiche tecniche, i nuovi processori AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) sono vicini agli attuali chip Ryzen 7040 (Phoenix). Riceveranno inoltre fino a otto core Zen 4 con supporto per la tecnologia SMT e una frequenza boost fino a 5,2 GHz, nonché un'unità grafica Radeon 740M/760M/780M sull'architettura RDNA di terza generazione.
Secondo alcune indiscrezioni, l'azienda ha preparato tre linee separate di Ryzen 8040, che differiscono in termini di TDP: Ryzen 8x45HS (35-54 W), Ryzen 8x40HS (20-30 W) e Ryzen 8x40U (15-30 W). È interessante notare che i modelli più giovani non hanno l'unità NPU per le operazioni AI e sono probabilmente costruiti sul chip Phoenix2 aggiornato. L'unità NPU stessa, secondo AMD, è stata migliorata e ora fornisce il 40% di prestazioni in più.
Lisa Su, presidente di AMD, ha promesso che i primi dispositivi basati su processori AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) saranno in vendita entro la fine del primo trimestre del 2024.
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Alternativa ad AMD XDNA: Low Power Island di Intel
Mentre AMD si concentra sulla sua NPU, che include tutti gli elementi, Intel preferisce dividere il chip in 4 parti (grafica, SoC, I/O e calcolo). La parte che ci interessa, e che può competere con AMD XDNA, è all'interno del riquadro IO e si chiama Low Power Island.
Su Low Power Island troviamo quanto segue:
- NPU del neuroprocessore
- Controller di memoria
- Due nuclei elettronici di bassa potenza
- IPU del processore dell'infrastruttura
- Motore multimediale
- Movimento dello schermo
- Microprocessore PUNIT
- Tessuto scalabile
Non solo, Intel include i cosiddetti E-Core Low Power Island (LP) nel mosaico SoC, che mira al risparmio energetico. Questi kernel aiutano il direttore del thread a eseguire processi leggeri e attività in background.
Questa funzionalità è una novità per i processori per notebook Intel Core Ultra, anch'essi introdotti nel dicembre 2023. Possiamo trovare questi chip nei negozi e il loro prezzo non è, per così dire, molto popolare. Ebbene, sembra che il "partito dell'intelligenza artificiale" aumenterà il prezzo dei chip.
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E AMD XDNA 2?
Penso che sia interessante ricordare che solo 2 mesi fa AMD ha annunciato XDNA 2. Potresti immaginare Ryzen con Zen 5 e Zen 6 in arrivo nello stesso anno? Forse qualcosa di simile accadrà con AMD Ryzen 8040 e 9040.
Nel 2024, AMD Ryzen 8040 non è ancora apparso. Ma durante lo stesso gala Advancing AI, gli sviluppatori AMD hanno già annunciato i nuovi processori Strix Point basati su Zen 5, che verranno forniti con la nuova architettura XDNA 2. Se non siamo riusciti a testare AMD Ryzen Hawk Point, immagina cosa possiamo dire tu riguardo XDNA 2: niente. Sì, l'AMD Ryzen 7040 è dotato di XDNA, ma con meno NPU rispetto al Ryzen 8040, quindi non possiamo nemmeno fare supposizioni finché non arrivano i nuovi processori.
Alla presentazione, gli sviluppatori hanno affermato che il processore della nuova architettura è 3 volte più potente di XDNA, ma non sappiamo quanto sia potente l'architettura NPU menzionata, quindi possiamo solo credergli sulla parola. Spero che AMD non stia gonfiando i numeri per scopi di marketing, perché ha già provato a prendere la corona da Intel, ma non ci è nemmeno arrivata vicino in questo settore. Sul desktop le cose erano diverse.
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La nuova architettura XDNA può essere utilizzata per i giochi?
Non è ancora chiaro, ma a meno che non lo annuncino in pompa magna... sembra che non saremo in grado di utilizzare la nuova architettura XDNA per i giochi. Altrimenti lo avrebbero urlato subito, visti gli sforzi di AMD per conquistare il mondo dei giochi. Tutto è rivolto alle applicazioni di machine learning aziendali e AI, a meno che il motore grafico non abbia un'intelligenza artificiale con cui lavorare. Lì il campo di applicazione è oggigiorno molto ampio.
Forse col tempo tutto cambierà. Aspetteremo nuovi dettagli su XDNA e vi racconteremo sicuramente tutto.
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