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| 本文作者： 程弢 | 2016-08-18 08:00 |
硬件和算法在人工智能領(lǐng)域的作用可以說(shuō)是各占一半的，而在芯片層面上，業(yè)界幾乎觀點(diǎn)一致——GPU在人工智能深度學(xué)習(xí)算法上的重要性遠(yuǎn)高于CPU，這也就是為何NVIDIA在人工智能領(lǐng)域的風(fēng)頭甚至蓋過(guò)了英特爾。
毫無(wú)疑問(wèn)，GPU是當(dāng)下訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最熱門的方法，這種方案已經(jīng)受到了谷歌、微軟、IBM、豐田以及百度等企業(yè)的青睞，因此GPU廠商在最近兩年逐漸成為眾企業(yè)膜拜的對(duì)象。
作為GPU領(lǐng)域的絕對(duì)主導(dǎo)者，NVIDIA最近動(dòng)作頻頻，今年早些時(shí)候公司專為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推出了Tesla P100 GPU，并且發(fā)布了基于該GPU的單機(jī)箱深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)——NVIDIA DGX-1。
如今這款深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)問(wèn)世，NVIDIA CEO黃仁勛日前將DGX-1交付給了馬斯克創(chuàng)辦的人工智能項(xiàng)目OpenAI，OpenAI會(huì)用DGX-1做什么項(xiàng)目？如何使用？還不得而知，不過(guò)我們可以先聊一聊這款深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)到底是什么？它有什么牛逼的地方。
顧名思義，深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)是深度學(xué)習(xí)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的結(jié)合體，我們所熟知的“天河一號(hào)”、“天河二號(hào)”等都是超級(jí)計(jì)算機(jī)，當(dāng)然不僅如此，通常情況下具備高性能計(jì)算（HPC）的計(jì)算機(jī)都可算作超級(jí)計(jì)算機(jī)，如NVIDIA的Tesla系列。
因?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尤其是幾百上千層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需對(duì)計(jì)算和吞吐能力的需求非常高，GPU對(duì)處理復(fù)雜運(yùn)算擁有天然的優(yōu)勢(shì)：它有出色的浮點(diǎn)計(jì)算性能，可以同時(shí)保證分類和卷積的性能以及精準(zhǔn)度。
所以搭載GPU的超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為訓(xùn)練各種深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不二選擇。例如在谷歌Brain項(xiàng)目中，其3臺(tái)機(jī)器中配置了12顆GPU，性能就達(dá)到了包含1000個(gè)節(jié)點(diǎn)的CPU簇的水平。
黃仁勛曾表示，3000人花費(fèi)3年時(shí)間才研發(fā)出來(lái)這樣一款DGX-1，深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)的難度之大可見一斑。
根據(jù)NVIDIA官方的介紹，DGX-1的規(guī)格如下：
半精度 (FP16) 峰值性能最高可達(dá) 170 Teraflops；
8 個(gè) Tesla P100 GPU 加速器，每顆 GPU 16GB 內(nèi)存；
NVLink Hybrid Cube Mesh (NVLink 混合立方網(wǎng)格)；
7TB 固態(tài)硬盤 DL 高速緩存；
雙萬(wàn)兆以太網(wǎng)，四路 InfiniBand 100Gb 網(wǎng)絡(luò)連接；
功耗：3U – 3200W。
因?yàn)镹VIDIA將這些硬件設(shè)計(jì)在了一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，所以DGX-1被稱為單機(jī)箱深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)。
Tesla P100有153億個(gè)16nm FinFET晶體管，其核心面積達(dá)到了610mm2，按照黃仁勛的說(shuō)法，這款GPU是迄今為止最大的芯片。
DGX-1集成的8個(gè)16GB顯存GPU吞吐量相當(dāng)于 250臺(tái)傳統(tǒng)服務(wù)器的水平，其配置的7 TB固態(tài)硬盤用于儲(chǔ)存神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的大量原始數(shù)據(jù)。
除此之外，DGX-1系統(tǒng)還包含一套深度學(xué)習(xí)軟件，即深度學(xué)習(xí)GPU訓(xùn)練系統(tǒng) (DIGITS?)，它可用于設(shè)計(jì)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (DNN)，據(jù)了解DGX-1可以將深度學(xué)習(xí)的培訓(xùn)速度加快75倍，將CPU性能提升56倍。這是什么樣的概念呢？
英特爾雙路至強(qiáng)系統(tǒng)需要250多個(gè)節(jié)點(diǎn)和150個(gè)小時(shí)來(lái)訓(xùn)練Alexnet，而DGX-1只需要一個(gè)節(jié)點(diǎn)2個(gè)小時(shí)，后者在性能和節(jié)點(diǎn)總帶寬上都有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然在性能的提升下，功耗達(dá)到了3200W，售價(jià)更是高達(dá)129000美元。
雖然GPU相比CPU有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在FPGA和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片面前，GPU依然要遜色不少。
有研究人員測(cè)試，相比GPU，F(xiàn)PGA的架構(gòu)更靈活，單位能耗下性能更強(qiáng)。深度學(xué)習(xí)算法在FPGA上能夠更快、更有效地運(yùn)行，而且功耗也能做到更低。英特爾甚至為此推出了FPGA和CPU的混合芯片架構(gòu)。
另一個(gè)研究方向就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，這一領(lǐng)域的代表當(dāng)屬IBM的TrueNorth和寒武紀(jì)的DianNao。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果，采用DianNaoYu指令集的寒武紀(jì)深度學(xué)習(xí)處理器相對(duì)于x86指令集的CPU有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升；而IBM的Truenorth里含有54億個(gè)低成本晶體管神經(jīng)突觸芯片，功耗卻低至700毫瓦，在性能以及功耗的優(yōu)化上都提升到了一個(gè)新的高度。
寒武紀(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器研究者、中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員陳云霽表示，“加速芯片是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片的最終形態(tài)。”
但是理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感！就目前來(lái)說(shuō)，GPU是唯一實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的方案，F(xiàn)PGA或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片想要取代GPU的地位只能說(shuō)是路漫漫了！
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