Новая архитектура AMD XDNA позволит максимально эффективно запускать алгоритмы искусственного интеллекта на будущих процессорах Ryzen.
В последнее время трудно не заметить, что AMD раскручивает XDNA и знаменитые микропроцессоры NPU, которые теперь находятся внутри Ryzen. Это и понятно – компания хочет найти свое место в этой нише. Ведь ИИ теперь появляется на всех устройствах, в том числе и на ПК, планшетах и ноутбуках.
Если нам уже было достаточно RDNA и Zen как архитектуры для процессоров, то в 2023 году родилась еще одна, под названием XDNA. В AMD решили, что следует начать новые разработки архитектуры для графических процессоров, центральных процессоров и NPU, которые будут максимально эффективно запускать алгоритмы искусственного интеллекта на будущих процессорах Ryzen. Фактически мы видим, что эти компоненты будут размещены на одном чипе. Давайте более подробно разбираться с новой архитектурой XDNA для процессоров Ryzen от AMD.
Читайте также: Midjourney V6: все о следующем поколении ИИ
Что такое AMD XDNA?
AMD XDNA – это архитектура, поддерживающая NPU процессоров AMD Ryzen, чип которых отвечает за конкретные задачи искусственного интеллекта. AMD определяет его как “архитектуру NPU пространственного потока данных, состоящую из мозаичного массива механизмов искусственного интеллекта”. Как и в случае с Zen или RDNA, здесь тоже происходит развитие: уже имеем XDNA первого поколения, а совсем недавно выпустили обновление архитектуры XDNA 2.
Основой работы нейронных сетей является перетекание данных от одного слоя нейронов к другому. Предположим, есть несколько слоев нейронов, где каждая “точка” выполняет какую-то вычислительную функцию – например, матричное умножение или свертку, а затем данные передаются следующему нейрону для обработки. Существует довольно большая последовательная зависимость от уровня к уровню. Чтобы следовать этому, архитектура движка Ryzen AI работает как адаптивная архитектура потока данных, где может фактически использовать большой массив вычислений и эффективно передавать данные от массива к массиву. Это можно сделать, не обращаясь к внешней памяти или даже к кэшу, который часто потребляет больше энергии и приводит к более длительной задержке.
Компания AMD разработала новую архитектуру XDNA с целью обеспечить максимальную плотность вычислений без расходования большого количества энергии и ресурсов. В архитектуре XDNA видим, что механизмы IA или AI Engine организованы в виде мозаичной матрицы.
Сама мозаика состоит из следующих элементов:
- Векторный процессор VLIW
- Скалярный процессор RISC
- Локальная память для хранения данных, активаций и коэффициентов
- Местные данные
Традиционная архитектура обычно использует кэш для получения повторяющихся данных, но в случае XDNA это не так. В данном случае нейронный процессор NPU использует собственную память и собственный поток данных для работы с низким энергопотреблением, поскольку обращение к кэшу увеличивает энергопотребление процессора.
Векторные процессоры, которые мы видим в каждом фрагменте, или мозаике, используются для программ машинного обучения и расширенной обработки сигналов. Они гарантируют, что каждый механизм искусственного интеллекта будет работать на частоте более 1,3 ГГц. Именно это обеспечивает эффективные функции, производительность и низкую задержку. Простыми словами, производительность будет расти, а энергопотребление процессоров останется на низком уровне.
Скалярный процессор – это простой класс микропроцессоров. Данный процессор обрабатывает один элемент данных за одну инструкцию (типичными элементами данных могут быть целые числа, или числа с плавающей запятой). В векторных процессорах, в отличие от скалярных, одна инструкция работает с несколькими элементами данных. В новой архитектуре AMD XDNA скалярный процессор RISC будет использоваться для режимов соединения и управления типами данных.
Дебют новой архитектуры AMD XDNA уже состоялся с Ryzen 7040, который был представлен в январе 2023 года.
Модели этой линейки изготавливаются по технологическим нормам 4 нм FinFET, используют до 8 вычислительных ядер с архитектурой Zen 4, а также получили достаточно мощную интегрированную графику RDNA3. Кроме того, именно AMD Ryzen 7040 стали первыми процессорами производителя с аппаратным блоком ускорения вычислений с алгоритмами, связанными с искусственным интеллектом. ИИ-движок получил название Ryzen AI и основан на масштабируемой архитектуре XDNA.
Серия мобильных чипов Phoenix на старте включают три модели – 8-ядерные Ryzen 9 7940HS (8/16; 4,0/5,2 ГГц), Ryzen 7 7840HS (8/16; 3,8/5,1 ГГц) и 6-ядерный Ryzen 5 7640HS (6/12; 4,3/5,0 ГГц). Все чипы имеют кэш-буфер L3 емкостью 16 МБ и L2 из расчета по 1 МБ на каждое ядро. Заданный TDP всех CPU конфигурируется в пределах 35-54 Вт.
Здесь используются наработки компании Xilinx, приобретение которой завершилось в начале прошлого года и обошлось AMD почти в $50 млрд. Поэтому интегрированный блок Ryzen AI можно считать первой практической наработкой усиленной команды для потребительских решений.
Читайте также: Что такое Frutiger Aero, и почему современные подростки ностальгируют по Windows Vista
Преимущества XDNA
В самой компании AMD акцентируют внимание на четырех преимуществах новой архитектуры XDNA. Прежде всего, благодаря новой архитектуре, NPU программируется и компилируется за считанные минуты. Кроме того, это облегчает рабочий процесс для разработчиков машинного обучения и делает обработку данных для ИИ более эффективной.
Следует также понимать, что существует детерминистическое преимущество, то есть более тесная взаимосвязь и взаимная определенность всех явлений и процессов. Разработчики говорят, что сами механизмы прямого доступа к памяти (DMA) выделяют память данных и инструкций, используя межкристальное соединение. Это даст возможность процессору более эффективно работать.
Сама архитектура работает более эффективно, потому что нейропроцессор NPU обеспечивает большую плотность вычислений и превосходную энергоэффективность. А именно наличие нейропроцессора NPU будет основой становления новой Windows 12. То есть, AMD выпускает новую архитектуру для процессоров Ryzen на перспективу.
Самым большим преимуществом новой архитектуры является ее масштабируемость. Поскольку 2D-матрицы, состоящие из механизмов искусственного интеллекта, позволяют масштабировать от десятков до сотен плиток на одном устройстве. Это действительно огромный шаг в производительности процессора.
Также интересно: Итоги #MWC2024: видение будущего мира электроники
Но как AMD удалось реализовать это за такой короткий период?
Ответ на это довольно прост: приобретение компании Xilinx. Напомню, что в феврале 2022 года AMD завершила приобретение американской компании Xilinx за баснословные $50 млрд. Это крупнейшая в истории сделка в сфере микросхем. Благодаря именно этому приобретению AMD выходит за пределы компетенции своих центральных и графических процессоров с помощью обширного портфолио перепрограммируемых чипов.
По сути AMD XDNA будет IP-архитектурой Xilinx для структур FPGA для ускорения программ искусственного интеллекта. Технология уже существовала, просто AMD хотела реализовать ее в портативных процессорах или массовых APU.
В AMD пока только рассказывают о новых Ryzen 8040 с архитектурой XDNA 3, ведь до сих пор их не представили. Они еще не поступили на рынок, и мы не видели таблиц с разными моделями или опциями. Более того, они даже не рекламируются на официальном сайте компании.
Последним продуктом AMD на рынке является Ryzen 7040, в котором мы видим варианты “HS” и некоторые исключения “HX”. Модели HS сочетают эффективность и производительность, и исторически мы видели H или HX для максимальной мощности.
AMD изменила курс в отношении своей линейки портативных процессоров, исключив H и HX, оставив место только для HS и U. Более того, бренд практически не выпускает AMD Ryzen 3, максимум, мы видим только чип под названием AMD Ryzen 3 7320U, не более того!
По техническим характеристикам новые процессоры AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) близки к актуальным чипам Ryzen 7040 (Phoenix). Они тоже получат до восьми ядер Zen 4 с поддержкой технологии SMT и boost-частотой до 5,2 ГГц, а также графический блок Radeon 740M/760M/780M на архитектуре RDNA 3-го поколения.
По слухам, всего компания подготовила три отдельных линейки Ryzen 8040, которые отличаются по уровню TDP: Ryzen 8x45HS (35-54 Вт), Ryzen 8x40HS (20-30 Вт) и Ryzen 8x40U (15-30 Вт). Интересно, что младшие модели лишены блока NPU для ИИ-операций и, вероятно, построены на обновленном кристалле Phoenix2. Сам блок NPU, если верить AMD, был улучшен и теперь обеспечивает на 40% большую производительность.
Лиза Су, президент компании AMD, пообещала, что в продажу первые устройства на процессорах AMD Ryzen 8040 (Hawk Point) поступят до конца первого квартала 2024 года.
Также интересно: Все о чипе Neuralink Telepathy: что это такое и как работает
Альтернатива AMD XDNA: Low Power Island от Intel
В то время как AMD фокусируется на своем NPU, включающем все элементы, Intel предпочитает разделить чип на 4 части (графика, SoC, ввод-вывод и вычисления). Та часть, которая нас интересует, и которая может конкурировать с AMD XDNA, находится внутри плитки IO и называется Low Power Island.
На Low Power Island мы находим следующее:
- Нейропроцессор NPU
- Контроллер памяти
- Два электронных ядра малой мощности
- Инфраструктурный процессор IPU
- Мультимедийный движок
- Экранный движок
- Микропроцессор PUNIT
- Масштабирующая ткань
Мало того, Intel включает в мозаику SoC так называемый E-Cores Low Power Island (LP), что имеет целью экономию энергии. Эти ядра помогают директору потоков выполнять нетребовательные процессы и фоновые задачи.
Эта функция является новой для портативных процессоров Intel Core Ultra, которые также были представлены в декабре 2023 года. Эти чипы мы можем найти в магазинах, и цена у них, как говорится, не очень популярная. Да ладно, похоже “партия искусственного интеллекта” собирается поднять цену на чипы.
А AMD XDNA 2?
Думаю, интересно вспомнить, что всего 2 месяца назад AMD анонсировала XDNA 2. Могли ли вы представить, что в этом же году появятся Ryzen с Zen 5 и Zen 6? Видимо что-то подобное произойдет и с AMD Ryzen 8040 и 9040.
В 2024 году AMD Ryzen 8040 еще не появился. Но на том же гала-вечере Advancing AI разработчики AMD уже анонсировали новые процессоры Strix Point на базе Zen 5, которые будут поставляться с новой архитектурой XDNA 2. Если нам не удалось протестировать AMD Ryzen Hawk Point, представьте, что мы можем сказать вам о XDNA 2: ничего. Да, AMD Ryzen 7040 оснащен XDNA, но с меньшим количеством NPU, чем у Ryzen 8040, поэтому мы не можем даже сделать какие-то предположения, пока не появятся новые процессоры.
На презентации разработчики утверждали, что процессор на новой архитектуре в 3 раза мощнее XDNA, но мы не знаем, насколько мощная упомянутая архитектура NPU, поэтому нам остается только верить им на слово. Я надеюсь, что AMD не завышает цифры с маркетинговой целью, ведь они и раньше пытались отобрать корону у Intel, но даже близко не приблизились к этому сектору. На рабочем столе все было иначе.
Читайте также: Космический телескоп Джеймса Уэбба: 10 целей для наблюдения
Можно ли использовать новую архитектуру XDNA для игр?
Пока не ясно, но если они не объявили об этом с большой помпой… то, похоже, мы не сможем использовать новую архитектуру XDNA для игр. Иначе об этом бы завили сразу, учитывая попытки AMD покорить мир гейминга. Все нацелено на сферу бизнеса и программы машинного обучения AI, если только графический движок не имеет искусственного интеллекта для своей работы. Там поле для применения очень большое в наше время.
Возможно, со временем все изменится. Будем ждать новых подробностей о XDNA и обязательно обо всем вам расскажем.
Читайте также: