Bộ gia tốc AI là gì?

Nhiều tác vụ điện toán AI hiện nay yêu cầu thêm các khả năng xử lý AI chuyên dụng để mang lại kết quả mong muốn.

Để đáp ứng các nhu cầu mới này, các chuyên gia công nghệ tận dụng bộ gia tốc AI, có thể là các phần cứng rời được tích hợp vào thiết kế giải pháp của họ hoặc các tính năng tích hợp trong CPU. Cả hai dạng bộ gia tốc AI đều đảm bảo hiệu năng siêu nạp cho khối lượng công việc AI. Chúng được sử dụng trong lĩnh vực CNTT và AI ngày nay, với các trường hợp sử dụng như trong thiết bị điện toán máy khách, môi trường biên và trung tâm dữ liệu thuộc mọi quy mô.

Bộ gia tốc AI phần cứng rời thường được sử dụng cùng với CPU trong mô hình điện toán song song, mặc dù cũng có thể sử dụng một số công nghệ chọn lọc trong các cấu trúc độc lập. Một số sản phẩm CPU/bộ gia tốc gói đơn cũng có sẵn trên thị trường.

Bộ gia tốc AI tích hợp đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ AI trên các CPU hiện đại. Các khả năng tích hợp này đảm bảo hiệu năng tối ưu cho các chức năng hoặc hoạt động cụ thể, chẳng hạn như các hoạt động vector, toán ma trận hoặc học sâu. Trong một số trường hợp, các bộ gia tốc AI tích hợp còn hỗ trợ AI mà không cần phần cứng chuyên dụng.

Các kiến trúc sư và nhà phát triển sử dụng cả hai loại bộ gia tốc AI trong các thiết kế giải pháp của mình khi họ cần hỗ trợ các trường hợp sử dụng yêu cầu cao với nhu cầu thông lượng lớn và độ trễ thấp.

Vai trò của bộ gia tốc phần cứng rời trong AI

Thông thường, bộ gia tốc AI phần cứng rời tăng cường các khả năng của CPU để xử lý những thách thức của khối lượng công việc AI đòi hỏi khắt khe. Phương pháp này, gọi là điện toán song song, cho phép hai đơn vị điện toán kết hợp với nhau để giải các bài toán phức tạp. Nhờ tận dụng điện toán song song, CPU và bộ gia tốc AI phần cứng rời kết hợp có thể giảm đáng kể thời gian xử lý trong các khối lượng công việc AI. Trong một số trường hợp, bộ gia tốc AI phần cứng rời có thể sử dụng độc lập mà không kết hợp với CPU.

Các loại bộ gia tốc AI phần cứng

Từ góc độ phần cứng, khái niệm bộ gia tốc AI có nghĩa là các thành phần đa năng như bộ xử lý đồ họa (GPU) được sử dụng cho AI, các mảng phần tử logic mà người dùng có thể lập trình được (FPGA) sử dụng cho AI, và các sản phẩm dành riêng cho AI ví dụ như bộ xử lý thần kinh (NPU) và bộ xử lý tensor (TPU).

Khi nói về bộ gia tốc AI và bộ xử lý AI, điều quan trọng cần lưu ý là đây là một lĩnh vực đang phát triển với nhiều thuật ngữ dành riêng cho nhà cung cấp. Với nhiều công nghệ như thế này, các từ mô tả phổ biến và ngôn ngữ tiêu chuẩn vẫn chưa xuất hiện.

GPU

Nhiều người cho rằng GPU là dành cho chơi game và các tác vụ kết xuất 3D nâng cao, nhưng GPU cũng có thể cung cấp các khả năng gia tốc mạnh mẽ cho khối lượng công việc AI. Đó là những công nghệ tăng tốc AI phần cứng được sử dụng rộng rãi và giá cả phải chăng nhất. GPU đang được sử dụng để hỗ trợ các ứng dụng AI, bao gồm học máy, học sâu và thị giác máy tính.

FPGA

FPGA khác biệt với CPU ở chỗ chúng có thể được lập trình lại ở cấp độ phần cứng để phù hợp với các nhu cầu cụ thể, đảm bảo tính linh hoạt đáng kể khi các yêu cầu thay đổi theo thời gian.

FPGA được sử dụng trong các cấu trúc điện toán song song để hỗ trợ hiệu năng AI. Chúng đặc biệt phù hợp với AI biên, nơi các giao thức I/O đa dạng, các khả năng có độ trễ thấp, tiêu thụ điện năng thấp và thời gian triển khai lâu khiến các FPGA trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp, y tế, thử nghiệm và đo lường, hàng không vũ trụ, quốc phòng và ô tô. FPGA cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ các trường hợp sử dụng mạng và trung tâm dữ liệu.

NPUs

Được thiết kế cho các hoạt động mạng thần kinh, NPU là bộ gia tốc AI phần cứng chuyên dụng dùng để tăng tốc các thuật toán học sâu. So với CPU và GPU, NPU là lựa chọn cực kỳ hiệu quả cho AI. Các NPU cũng đảm bảo tốc độ nhanh và băng thông cao, nhờ đó chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để tích hợp vào các quy trình làm việc chuyển động nhanh, ví dụ như tạo nhanh hình ảnh hoặc phản hồi các lệnh bằng giọng nói.

Bộ gia tốc AI thiết kế theo mục đích riêng

Ngoài FPGA, GPU và NPU, còn có nhiều sản phẩm silicon độc đáo trên thị trường mang lại hiệu năng AI chuyên dụng, mạnh mẽ cho nhiều trường hợp sử dụng. Các giải pháp xử lý được thiết kế theo mục đích riêng này thường được triển khai trong các cấu trúc độc lập hoặc sử dụng để tăng cường các khả năng CPU như các bộ gia tốc khác được nhắc đến trong bài viết này.

Lợi ích của bộ gia tốc AI phần cứng rời

Bộ gia tốc AI phần cứng rời mang lại nhiều lợi ích cho quy trình làm việc AI, có thể giúp rút ngắn thời gian tạo ra giá trị cho các sáng kiến AI.

Hiệu quả năng lượng

Tính bền vững và mức tiêu thụ năng lượng là các mối quan tâm chính với các sáng kiến AI. Vì các bộ gia tốc AI phần cứng tích hợp hiệu năng AI cực lớn trong một thiết bị duy nhất, nên các tổ chức có thể sử dụng chúng để cung cấp sức mạnh điện toán mà AI cần với số nút ít hơn. Điều đó giúp giảm diện tích sử dụng để giảm mức tiêu thụ năng lượng.

Nâng cao Hiệu năng

Để có được thông tin chuyên sâu, phản hồi hoặc kết quả đào tạo nhanh chóng từ AI đòi hỏi điện toán phải được tối ưu để giảm thiểu độ trễ và tăng tốc thời gian xử lý. Bộ gia tốc AI phần cứng mang lại các khả năng điện toán chuyên dụng mà khối lượng công việc AI cần để cung cấp sản phẩm AI nhanh chóng hơn và mang lại kết quả kinh doanh tốt hơn.

Khả năng mở rộng

Nhiều bộ gia tốc, đặc biệt là phần cứng AI được thiết kế riêng, cung cấp các khả năng bổ sung, nhờ đó chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các môi trường quy mô lớn, cần thiết cho các khối lượng công việc AI có độ phức tạp cao. Các tính năng mở rộng này có thể bao gồm dung lượng bộ nhớ và số lượng cổng Ethernet dung lượng cao, đáp ứng nhu cầu kết nối của các hệ thống AI và HPC lớn.

Vai trò của bộ gia tốc tích hợp trong AI

Các công cụ bộ gia tốc AI tích hợp là các tính năng CPU tích hợp mang lại hiệu năng AI tối ưu, thường dành cho các khối lượng công việc hoặc các loại hoạt động AI cụ thể. NPU cũng có thể được tích hợp vào các cấu trúc CPU để giúp tăng tốc hiệu năng AI.

Vì bộ gia tốc AI tích hợp giúp giảm bớt yêu cầu sử dụng phần cứng chuyên dụng trong thiết kế giải pháp, nên chúng là lựa chọn tuyệt vời cho những ai muốn triển khai AI tinh gọn, tiết kiệm chi phí mà vẫn có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu năng. Bộ gia tốc AI tích hợp có thể được dùng để nâng cao một số khối lượng công việc AI từ biên đến đám mây - bao gồm xử lý ngôn ngữ tự nhiên, hệ thống đề xuất, nhận dạng hình ảnh, AI tạo sinh và học máy.

Lợi ích của bộ gia tốc AI tích hợp

Từ đào tạo cho đến suy luận, các công nghệ bộ gia tốc AI tích hợp giúp các tổ chức đạt được kết quả AI vượt trội với các cấu trúc CPU độc lập.

Hiệu năng AI được tối ưu

Khả năng tăng tốc AI tích hợp cho phép CPU đáp ứng các yêu cầu hiệu năng nâng cao của nhiều trường hợp sử dụng AI quan trọng.

Giảm chi phí phần cứng

Bộ gia tốc tích hợp hỗ trợ các tổ chức triển khai AI với kích thước phần cứng tối thiểu. Các khả năng tích hợp cho phép các tổ chức chạy nhiều khối lượng công việc đào tạo và suy luận mà không cần đầu tư vào bộ gia tốc rời, nhờ đó tạo ra các thiết kế giải pháp AI hiệu quả hơn.

Cải thiện hiệu quả năng lượng

Bộ gia tốc tích hợp cải thiện đáng kể hiệu năng trên mỗi watt để giúp giảm tiêu thụ điện năng và giảm thiểu tác động đến môi trường của AI.

Phát triển dễ dàng

Tận dụng khả năng tăng tốc AI tích hợp cho phép các kiến trúc sư giải pháp tránh được sự phức tạp nảy sinh khi sử dụng phần cứng chuyên dụng. Điều đó cũng giúp giảm thiểu nhu cầu thay đổi mã hoặc ứng dụng.

Các giải pháp bộ gia tốc AI

Việc ứng dụng AI ngày càng tăng nghĩa là bộ gia tốc AI được triển khai ở hầu hết mọi lớp trong bối cảnh công nghệ:

• Đối với các thiết bị người dùng cuối, GPU và NPU tích hợp thường được sử dụng để tăng hiệu năng khối lượng công việc AI.
• Ở biên, FPGA mang lại lợi ích về tính linh hoạt và hiệu quả để giúp mở rộng khả năng AI đến nhiều nơi hơn.
• Trong trung tâm dữ liệu, cả GPU và bộ gia tốc AI chuyên dụng đều được sử dụng ở quy mô lớn để hỗ trợ các khối lượng công việc AI cực kỳ phức tạp như mô hình tài chính và nghiên cứu khoa học.
• Bộ gia tốc AI tích hợp có sẵn trong các sản phẩm CPU chọn lọc, với các tùy chọn có sẵn trên biên, trung tâm dữ liệu, đám mây và điện toán máy khách.

Khi AI trở nên phổ biến và cao cấp hơn, cả hai loại bộ gia tốc AI sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các khả năng thế hệ tiếp theo.