今年8月，集成1.2萬(wàn)億個(gè)晶體管的“史上最大芯片”The Cerebras Wafer Scale Engine（簡(jiǎn)稱WSE）誕生，在11月19日召開的Supercomputing 2019大會(huì)上，該芯片制造公司Cerebras Systems推出了搭載該芯片的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——Cerebras CS-1，這也將是世界上最強(qiáng)大的AI計(jì)算系統(tǒng)。美國(guó)兩家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是該公司的客戶，其中阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已成功部署并宣布，將用這套系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)癌癥療法和理解黑洞碰撞。

圖| Cerebras CS-1

通常，硅芯片是從8、10或12英寸等不同規(guī)格的晶圓上單獨(dú)切下來(lái)的。而CS-1搭載的并不是一個(gè)芯片，而是一整個(gè)晶圓，它把晶圓切割成一個(gè)很大的長(zhǎng)方形，每個(gè)芯片都相互連接，可以使每個(gè)晶體管都能像整體一樣高速運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)典型處理器可能在一個(gè)芯片上有100億個(gè)晶體管，而CS-1搭載的整個(gè)晶片上所有核的晶體管總數(shù)超過(guò)1.2萬(wàn)億個(gè)。

在AI計(jì)算中，芯片尺寸至關(guān)重要，但是高級(jí)處理器必須要有專用的硬件和軟件系統(tǒng)相配合才能實(shí)現(xiàn)理想的性能。CS-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)和Cerebras軟件平臺(tái)相結(jié)合，可以充分用到從WSE上的40多萬(wàn)個(gè)計(jì)算內(nèi)核和18 GB高性能片上存儲(chǔ)器中提取的每一點(diǎn)的處理能力。

圖| Cerebras晶片規(guī)模的引擎

而且，CS-1不需要大量修改現(xiàn)有模型，并且用戶只需將基于標(biāo)準(zhǔn)的100Gb以太網(wǎng)鏈路插入交換機(jī)就可以啟動(dòng)培訓(xùn)模型。

CS-1有15個(gè)機(jī)架，大概是26英寸高（66.04厘米）。研究人員Andrew Feldman表示，CS-1是“最快的AI計(jì)算機(jī)”。CS-1計(jì)算機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力相當(dāng)于數(shù)百架基于GPU的計(jì)算機(jī)能力，這些計(jì)算會(huì)消耗數(shù)百千瓦。但CS-1僅消耗17千瓦，占標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架能耗的三分之一。他把CS-1和谷歌的TPU計(jì)算集群相比，強(qiáng)調(diào)谷歌的TPU2機(jī)器學(xué)習(xí)集群需要10個(gè)機(jī)架和超過(guò)100千瓦的功耗，才能提供一個(gè)CS-1機(jī)箱三分之一的性能。

Feldman說(shuō)：“我們是由40萬(wàn)個(gè)專用AI處理器組成的AI機(jī)器?！盋S-1由40萬(wàn)核、1萬(wàn)億晶體管大小的處理器芯片驅(qū)動(dòng)，可將原本需要至少幾周的大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練任務(wù)縮短到幾分鐘甚至幾秒鐘。同時(shí)，它通過(guò)讓潛在客戶在Cerebras的機(jī)器上訓(xùn)練他們自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型吸引潛在客戶。

另外，Cerebras還公布了一些系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)，該軟件允許用戶使用Pytorch和Tensorflow之類的ML標(biāo)準(zhǔn)框架編寫他們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。強(qiáng)大的圖形編譯器可自動(dòng)將這些模型轉(zhuǎn)換為CS-1的優(yōu)化可執(zhí)行文件，而豐富的工具集可實(shí)現(xiàn)直觀的模型調(diào)試和性能分析。

圖| Cerebras軟件系統(tǒng)允許用戶使用Pytorch和Tensorflow之類的ML標(biāo)準(zhǔn)框架來(lái)編寫他們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型

CS-1的第一個(gè)應(yīng)用是預(yù)測(cè)癌癥藥物反應(yīng)，這是美國(guó)能源部和美國(guó)國(guó)家癌癥研究所合作的一個(gè)項(xiàng)目。能源部負(fù)責(zé)人工智能與技術(shù)的副部長(zhǎng)Dimitri Kusnezov在一份聲明中說(shuō)：“在能源部，我們相信公私合作是加速美國(guó)人工智能研究的重要組成部分?！薄拔覀兤诖cCerebras建立長(zhǎng)期而富有成效的合作關(guān)系，這將有助于定義下一代人工智能技術(shù)，并改變能源部的運(yùn)作、業(yè)務(wù)和使命。”或許這也是Feldman能籌集到數(shù)億美元并雇用大量員工的原因。

圖|阿貢實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）

阿貢實(shí)驗(yàn)室與Cerebras的合作已經(jīng)有兩年了。其計(jì)算總監(jiān)Rick Stevens在新聞發(fā)布會(huì)上表示：“通過(guò)部署CS-1，我們大大縮短了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時(shí)間，使研究人員能夠更高效地開展深度學(xué)習(xí)研究，在癌癥、創(chuàng)傷性腦損傷以及當(dāng)今和未來(lái)對(duì)社會(huì)有重要意義的其他領(lǐng)域取得重大進(jìn)展?！?/span>

阿貢實(shí)驗(yàn)室是全球最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)站點(diǎn)之一，而CS-1可以使這個(gè)站點(diǎn)比現(xiàn)有的AI加速器得到100到1000倍的提升，有望在2021年實(shí)現(xiàn)Aurora百萬(wàn)兆級(jí)超算的能力。一臺(tái)百萬(wàn)兆級(jí)的計(jì)算機(jī)一瞬間進(jìn)行的計(jì)算量，相當(dāng)于地球上的所有人每天每秒都不停地計(jì)算四年。

除了用在研究抗癌藥物之外，該系統(tǒng)還將被用來(lái)幫助理解黑洞碰撞行為及其引力波。此前做過(guò)類似研究的Theta超級(jí)計(jì)算機(jī)，在研究黑洞碰撞問(wèn)題時(shí)需要調(diào)動(dòng)超算所配置的4392個(gè)節(jié)點(diǎn)中的1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含了一個(gè)64核處理器和16 GB的高帶寬封裝內(nèi)存（MCDRAM），192 GB的DDR4 RAM和128 GB的SSD。