На мероприятии ISSCC в Сан-Франциско корпорация Intel анонсировала чип Heracles, реализующий технологию полностью гомоморфного шифрования (FHE). Как сообщает издание Spectrum, новое решение демонстрирует до 5 тысяч кратное превосходство в скорости FHE-вычислений по сравнению с флагманским серверным процессором компании.
Технология FHE даёт возможность производить операции с зашифрованными данными, не раскрывая их содержимого, однако на обычных CPU и GPU этот процесс идёт очень медленно. Heracles изготовлен по 3-нм техпроцессу FinFET, и его площадь примерно в 20 раз превышает размер большинства исследовательских FHE-чипов, которые обычно не больше 10 мм². Кристалл помещён в корпус с жидкостным охлаждением вместе с двумя модулями HBM-памяти по 24 ГБ каждый — подобная компоновка характерна для графических ускорителей, используемых в задачах ИИ-обучения.
Источник изображения: Intel
Сердцем чипа являются 64 вычислительных ядра, организованные в виде пар тайлов и расположенные в сетке 8×8. Они функционируют как SIMD-движки для полиномиальных расчётов, манипуляций с данными и прочих операций, необходимых для FHE, обеспечивая их параллельное исполнение. Для связи между тайлами на кристалле развёрнута двумерная сеть (2D-mesh) с широкими шинами пропускной способностью 512 байт.
Чип располагает 48 ГБ высокоскоростной HBM-памяти с пропускной способностью 819 ГБ/с. На самом кристалле данные размещаются в кеше объёмом 64 МБ, откуда могут передаваться по массиву со скоростью до 9,6 ТБ/с, циркулируя между парами тайлов.
Для исключения взаимных помех между перемещением данных и математическими операциями в Heracles задействованы три синхронизированных потока команд: для внешних передач данных, для внутренних перемещений и непосредственно для арифметических вычислений.
Благодаря такой архитектуре чип, работающий на частоте 1,2 ГГц, выполняет ключевые математические преобразования FHE всего за 39 мс, что в 2355 раз быстрее, чем процессор Intel Xeon с тактовой частотой 3,5 ГГц. По семи основным операциям преимущество Heracles варьируется от 1074 до 5547 раз в зависимости от объёма требуемых операций перестановки (shuffling) данных.
На конференции ISSCC компания представила систему Heracles, показав её работу на примере запроса к защищённому серверу. Была смоделирована ситуация, когда избиратель хочет удостовериться, что его голос учтён правильно. Штат располагает зашифрованным реестром данных избирателей и их выборов: пользователь шифрует свой идентификатор и бюллетень, после чего сервер, не раскрывая информации, проверяет соответствие и отправляет зашифрованный результат. Расшифровка происходит уже на устройстве гражданина.
Сервер на базе Intel Xeon выполнял эту операцию за 15 мс, а Heracles — за 14 мс. Для одного человека разница неощутима, однако при обработке 100 миллионов бюллетеней Intel Xeon потребовалось бы более 17 суток, тогда как Heracles справился бы всего за 23 минуты.
Инициатива Heracles стартовала пять лет назад в рамках программы DARPA, направленной на ускорение полностью гомоморфного шифрования с помощью специальных аппаратных решений. Над аналогичными микросхемами работают и другие компании, такие как Fabric Cryptography, Cornami и Optalysys. Сану Мэтью, руководитель исследований в области защищённых технологий Intel, уверен, что их чип обладает значительным преимуществом, поскольку способен выполнять больше вычислений, чем любые предыдущие ускорители для FHE. «Heracles — это первая аппаратная платформа, функционирующая в реальном масштабе», — подчёркивает он.
В перспективе компания намерена увеличить быстродействие чипа за счёт оптимизации программного обеспечения. Также планируется тестирование более сложных задач FHE и исследование возможностей усовершенствования аппаратной части для будущих поколений устройства. «Это подобно первому микропроцессору… начало большого пути», — добавляет Мэтью.
Источник: