A nova arquitetura AMD XDNA tornará possível executar algoritmos de inteligência artificial da forma mais eficiente possível em futuros processadores Ryzen.
Ultimamente é difícil não notar isso AMD exalta o XDNA e os famosos microprocessadores NPU agora dentro do Ryzen. É compreensível que a empresa queira encontrar o seu lugar neste nicho. Afinal, a IA agora aparece em todos os dispositivos, incluindo PCs, tablets e laptops.
Se já estávamos fartos de RDNA e Zen como arquitetura de processadores, então em 2023 nasceu outra, chamada XDNA. A AMD decidiu iniciar novos desenvolvimentos de arquitetura para GPUs, CPUs e NPUs que executarão algoritmos de inteligência artificial da forma mais eficiente possível em futuros processadores Ryzen. Na verdade, vemos que estes componentes serão colocados no mesmo chip. Vamos dar uma olhada mais de perto na nova arquitetura XDNA para processadores Ryzen da AMD.
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O que é AMD XDNA?
AMD XDNA é a arquitetura que suporta o NPU dos processadores AMD Ryzen, cujo chip é responsável por tarefas específicas de inteligência artificial. A AMD o define como uma “arquitetura NPU de fluxo de dados espaciais que consiste em um conjunto de mosaico de mecanismos de inteligência artificial”. Tal como no caso do Zen ou do RDNA, o desenvolvimento também está a acontecer aqui: já temos o XDNA da primeira geração, e lançámos recentemente uma atualização da arquitetura XDNA 2.
A base da operação das redes neurais é o fluxo de dados de uma camada de neurônios para outra. Suponha que existam várias camadas de neurônios, onde cada "ponto" executa alguma função computacional - por exemplo, multiplicação ou convolução de matrizes, e então os dados são passados para o próximo neurônio para processamento. Há muita dependência sequencial de nível para nível. Para seguir isso, a arquitetura do mecanismo Ryzen AI funciona como uma arquitetura de fluxo de dados adaptativa, onde pode realmente usar uma grande variedade de cálculos e transferir dados de forma eficiente de matriz para matriz. Isso pode ser feito sem acessar a memória externa ou mesmo o cache, que muitas vezes consome mais energia e resulta em maior latência.
A AMD desenvolveu uma nova arquitetura XDNA para fornecer densidade máxima de cálculos sem gastar muita energia e recursos. Na arquitetura XDNA, podemos ver que os mecanismos IA ou AI Engine estão organizados na forma de uma matriz em mosaico.
O próprio mosaico consiste nos seguintes elementos:
- Processador vetorial VLIW
- Processador RISC escalar
- Memória local para armazenamento de dados, ativações e coeficientes
- Dados locais
As arquiteturas convencionais geralmente usam caches para recuperar dados repetitivos, mas este não é o caso do XDNA. Nesse caso, a NPU do processador neural utiliza memória própria e fluxo de dados próprio para operar com baixo consumo de energia, pois o acesso ao cache aumenta o consumo de energia do processador.
Os processadores vetoriais que vemos em cada fatia, ou mosaico, são usados para aprendizado de máquina e aplicações avançadas de processamento de sinais. Eles garantem que cada mecanismo de IA operará a uma frequência superior a 1,3 GHz. É isso que garante recursos eficientes, desempenho e baixa latência. Em palavras simples, a produtividade aumentará e o consumo de energia dos processadores permanecerá baixo.
Um processador escalar é uma classe simples de microprocessador. Este processador processa um elemento de dados por instrução (elementos de dados típicos podem ser inteiros ou números de ponto flutuante). Nos processadores vetoriais, diferentemente dos processadores escalares, uma instrução trabalha com vários elementos de dados. Na nova arquitetura AMD XDNA, um processador escalar RISC será usado para modos de conexão e gerenciamento de tipo de dados.
A estreia da nova arquitetura AMD XDNA já aconteceu com o Ryzen 7040, apresentado em janeiro de 2023.
Os modelos desta linha são fabricados de acordo com os padrões tecnológicos FinFET de 4 nm, utilizam até 8 núcleos de computação com arquitetura Zen 4 e também receberam gráficos RDNA3 integrados bastante poderosos. Além disso, foi o AMD Ryzen 7040 que se tornou o primeiro processador da fabricante com unidade de hardware para aceleração de cálculos com algoritmos relacionados à inteligência artificial. O mecanismo de IA é chamado Ryzen AI e é baseado na arquitetura escalonável XDNA.
A série de chips móveis Phoenix inicialmente inclui três modelos - Ryzen 8 9HS de 7940 núcleos (8/16; 4,0/5,2 GHz), Ryzen 7 7840HS (8/16; 3,8/5,1 GHz) e Ryzen 6 5HS de 7640 núcleos (6/12; 4,3/5,0 GHz). Todos os chips possuem um buffer de cache L3 com capacidade de 16 MB e um cache L2 de 1 MB por núcleo. O TDP especificado de todas as CPUs é configurável entre 35-54 W.
Utiliza o trabalho da Xilinx, cuja aquisição foi concluída no início do ano passado e custou à AMD quase US$ 50 bilhões. Portanto, a unidade integrada Ryzen AI pode ser considerada o primeiro trabalho prático da equipe fortalecida para soluções de consumo.
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Vantagens do XDNA
A própria empresa AMD concentra-se em quatro vantagens da nova arquitetura XDNA. Em primeiro lugar, graças à nova arquitetura, o NPU pode ser programado e compilado em minutos. Além disso, facilita o fluxo de trabalho para desenvolvedores de aprendizado de máquina e torna o processamento de dados para IA mais eficiente.
Vale entender também que existe uma vantagem determinística, ou seja, uma relação mais próxima e determinação mútua de todos os fenômenos e processos. Os desenvolvedores dizem que os próprios mecanismos de acesso direto à memória (DMA) alocam dados e memória de instruções usando uma conexão die-to-die. Isso permitirá que o processador funcione com mais eficiência.
A arquitetura em si funciona de forma mais eficiente, pois o neuroprocessador NPU oferece alta densidade de cálculo e excelente eficiência energética. A saber, a presença do neuroprocessador NPU será a base para o desenvolvimento do novo Windows 12. Ou seja, a AMD está a lançar futuramente uma nova arquitetura para os processadores Ryzen.
A maior vantagem da nova arquitetura é sua escalabilidade. Porque matrizes 2D compostas por mecanismos de inteligência artificial permitem escalar de dezenas a centenas de blocos em um único dispositivo. Este é um grande avanço no desempenho do processador.
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Mas como a AMD conseguiu implementar isso em tão pouco tempo?
A resposta é bastante simples: a aquisição da Xilinx. Deixe-me lembrá-lo que em fevereiro de 2022, a AMD concluiu a aquisição da empresa americana Xilinx por insanos US$ 50 bilhões, este é o maior negócio de todos os tempos na área de microcircuitos. Com esta aquisição específica, a AMD está expandindo além do âmbito de suas CPUs e GPUs com um grande portfólio de chips reprogramados.
AMD XDNA será essencialmente a arquitetura IP da Xilinx para estruturas FPGA para acelerar aplicações de inteligência artificial. A tecnologia já existia, a AMD só queria implementá-la em processadores portáteis ou APUs de massa.
Até o momento, a AMD fala apenas dos novos Ryzen 8040 com arquitetura XDNA 3, porque eles ainda não foram apresentados. Ainda não chegaram ao mercado e não vimos mesas com modelos ou opções diferentes. Além disso, nem sequer são divulgados no site oficial da empresa.
O produto mais recente da AMD no mercado é o Ryzen 7040, no qual vemos variantes “HS” e algumas exceções “HX”. Os modelos HS combinam eficiência e desempenho e, historicamente, vimos H ou HX para potência máxima.
A AMD mudou de rumo em sua linha de processadores portáteis, eliminando H e HX, deixando apenas espaço para HS e U. Além disso, a marca praticamente não lança AMD Ryzen 3, no máximo, vemos apenas um chip chamado AMD Ryzen 3 7320U, nada mais!
Em termos de características técnicas, os novos processadores AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) aproximam-se dos atuais chips Ryzen 7040 (Phoenix). Eles também receberão até oito núcleos Zen 4 com suporte à tecnologia SMT e frequência boost de até 5,2 GHz, além de uma unidade gráfica Radeon 740M/760M/780M na arquitetura RDNA de 3ª geração.
Segundo rumores, a empresa preparou três linhas distintas de Ryzen 8040, que diferem em termos de TDP: Ryzen 8x45HS (35-54 W), Ryzen 8x40HS (20-30 W) e Ryzen 8x40U (15-30 W). Curiosamente, os modelos mais novos não possuem a unidade NPU para operações de IA e provavelmente são construídos no chip Phoenix2 atualizado. A própria unidade NPU, segundo a AMD, foi melhorada e agora oferece 40% mais desempenho.
Lisa Su, presidente da AMD, prometeu que os primeiros dispositivos com processadores AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) estarão à venda até o final do primeiro trimestre de 2024.
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Alternativa ao AMD XDNA: a ilha de baixo consumo de energia da Intel
Enquanto a AMD se concentra no seu NPU, que inclui todos os elementos, a Intel prefere dividir o chip em 4 partes (gráficos, SoC, E/S e computação). A parte que nos interessa, e que pode competir com o AMD XDNA, está dentro do bloco IO e é chamada de Ilha de Baixa Potência.
Na Ilha de Baixa Potência encontramos o seguinte:
- Neuroprocessador NPU
- controlador de memória
- Dois núcleos eletrônicos de baixa potência
- IPU do processador de infraestrutura
- Motor multimídia
- Movedor de tela
- Microprocessador PUNIT
- Tecido escalável
Além disso, a Intel inclui os chamados E-Cores Low Power Island (LP) no mosaico do SoC, que visa economizar energia. Esses kernels ajudam o diretor de thread a executar processos leves e tarefas em segundo plano.
Este recurso é novo nos processadores Core Ultra para notebooks da Intel, que também foram introduzidos em dezembro de 2023. Podemos encontrar esses chips nas lojas, e seu preço não é, por assim dizer, muito popular. Bom, parece que a “festa da inteligência artificial” vai aumentar o preço dos chips.
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E AMD XDNA 2?
Acho interessante lembrar que há apenas 2 meses a AMD anunciou o XDNA 2. Você poderia imaginar Ryzen com Zen 5 e Zen 6 chegando no mesmo ano? Talvez algo semelhante aconteça com AMD Ryzen 8040 e 9040.
Em 2024, o AMD Ryzen 8040 ainda não apareceu. Mas na mesma gala do Advancing AI, os desenvolvedores da AMD já anunciaram novos processadores Strix Point baseados no Zen 5, que virão com a nova arquitetura XDNA 2. Se não conseguimos testar o AMD Ryzen Hawk Point, imagine o que podemos dizer você sobre XDNA 2: nada. Sim, o AMD Ryzen 7040 está equipado com XDNA, mas com menos NPUs que o Ryzen 8040, por isso não podemos nem fazer palpites até que os novos processadores cheguem.
Na apresentação, os desenvolvedores afirmaram que o processador da nova arquitetura é 3 vezes mais poderoso que o XDNA, mas não sabemos quão poderosa é a arquitetura NPU mencionada, então só podemos acreditar na palavra deles. Espero que a AMD não esteja inflando os números para fins de marketing, porque eles já tentaram tirar a coroa da Intel antes, mas nem chegaram perto neste setor. Na área de trabalho, as coisas eram diferentes.
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A nova arquitetura XDNA pode ser usada para jogos?
Ainda não está claro, mas a menos que eles anunciem com muito alarde… parece que não poderemos usar a nova arquitetura XDNA para jogos. Caso contrário, eles teriam gritado imediatamente, dados os esforços da AMD para conquistar o mundo dos jogos. Tudo é voltado para aplicativos de negócios e aprendizado de máquina de IA, a menos que o mecanismo gráfico tenha inteligência artificial para trabalhar. Lá, o campo de aplicação é muito grande hoje em dia.
Talvez com o tempo tudo mude. Aguardaremos novos detalhes sobre o XDNA e com certeza contaremos tudo a vocês.
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