При неоптимальной организации электропитания для работы ИИ-ускорителя мощностью 700 Вт фактически может потребоваться до 1700 Вт. С этой задачей, как сообщает IEEE Spectrum, справляется стартап PowerLattice, который создал миниатюрные и переработанные версии высоковольтных регуляторов. По заявлению компании, её новые чиплеты способны сократить фактическое энергопотребление на 50%, тем самым удваивая эффективность вычислений на ватт. Эти компоненты можно расположить в непосредственной близости от вычислительных ядер.
Обычные системы питания для ИИ-чипов сначала преобразуют сетевой переменный ток в постоянный, а затем снижают напряжение до уровня, необходимого ускорителям (примерно 1 В). При таком значительном понижении напряжения, для поддержания требуемой мощности, сила тока на последнем отрезке пути к чипу резко увеличивается. Именно на этом этапе возникают основные потери энергии и избыточное тепло, которые можно уменьшить, разместив элементы питания максимально близко к чипу — на расстоянии в несколько миллиметров вместо сантиметров, то есть фактически внутри самого кристалла.
Источник изображения: PowerLattice
PowerLattice интегрировала все нужные элементы в один чиплет, размером примерно с два ластика для карандашей. Эти чиплеты размещаются под подложкой корпуса вычислительного кристалла. Одной из главных инженерных проблем стало уменьшение индукторов, которые отвечают за стабильность выходного напряжения. Для этого пришлось использовать специальный магнитный сплав, позволяющий компактно размещать компоненты и работать на частотах, в сотни раз превышающих традиционные. Уникальность разработки заключается в том, что этот сплав сохраняет превосходные магнитные характеристики на высоких частотах по сравнению с аналогами.
Сообщается, что новые чиплеты занимают площадь более чем в 20 раз меньшую, чем актуальные стабилизаторы напряжения. Толщина каждого элемента при этом не превышает 100 микрометров, что сравнимо с человеческим волосом. Благодаря таким размерам их можно располагать в непосредственной близости от процессорных кристаллов. Количество используемых чиплетов заказчики могут варьировать, исходя из энергопотребления и спецификаций конкретных чипов. Компания заявляет о возможном снижении энергозатрат на 50%, однако специалисты выражают скепсис: для столь значительной экономии требуется динамическое управление питанием в реальном времени в зависимости от нагрузки, чего, вероятно, невозможно достичь с технологией PowerLattice.
Источник изображения: PowerLattice
В настоящее время PowerLattice проводит испытания своей разработки на надёжность, а первые поставки клиентам ожидаются примерно через два года. Intel также ведёт работу над модулем Fully Integrated Voltage Regulator, призванным решать схожие задачи. В стартапе не считают Intel прямым конкурентом, поскольку подходы компаний различаются; кроме того, Intel вряд ли станет предлагать свои решения другим производителям чипов.
По мнению аналитиков, ещё десять лет назад у такой компании не было бы перспектив, поскольку производители процессоров гарантировали работу только при использовании собственных модулей питания. К примеру, Qualcomm поставляла чипсеты исключительно в комплекте со своими контроллерами питания. Сегодня же всё более распространённым становится гетерогенный подход, позволяющий заказчикам комбинировать компоненты от разных вендоров для оптимизации систем. Хотя крупные игроки, такие как Intel и Qualcomm, вероятно, сохранят преимущество при работе с большими клиентами, более мелкие разработчики чипов и ИИ-инфраструктуры могут начать поиск альтернативных решений для управления электропитанием.
Источник: