一塊晶圓等于一顆芯片！全球最大WSE-2處理器發(fā)布！7nm，面積達826 mm2

不知大家是否還記得去年英偉達發(fā)布的A100 GPU，作為V100推出三年后的又一大計算卡，其性能較V100提升了20倍，英偉達更是稱其為最大的7nm芯片，面積達到826 mm2。而初創(chuàng)公司Cerebras則在近日發(fā)布了第二代Wafer Scale Engine（WSE-2）芯片，奪下了7nm下面積最大芯片的寶座。

WSE-2 芯片/ Cerebras

從2015年到2020年，全球在訓(xùn)練大型模型上的計算已經(jīng)到了30萬倍，AI的限制更像是運算能力的限制，而不單單只是應(yīng)用和創(chuàng)意。驗證一個猜想和訓(xùn)練一個新模型可能會花上數(shù)周乃至數(shù)月的時間，Cerebras的WSE-2旨在解決這些影響創(chuàng)新速度的問題。

一塊晶圓 =一個芯片

WSE-2與A100面積大小對比 / Cerebras

WSE-2從上一代的16nm工藝替換為7nm，盡管面積不變，但新制程的密度優(yōu)勢使其晶體管數(shù)量翻倍，達到了26000億，AI核心數(shù)更是增加至85萬個。Cerebras是在參數(shù)簡介上直接對標英偉達的A100，與826 mm2 的A100相比，46225 mm2的WSE-2是前者的56倍。WSE-2片上內(nèi)存為40GB，是A100的千倍，內(nèi)存帶寬更是做到A100的上萬倍。WSE內(nèi)含85萬個專為AI應(yīng)用優(yōu)化的稀疏線性代數(shù)計算（SLAC）核心，非常適合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算。

Cerebras也指出內(nèi)存也是計算中重要的一環(huán)。就拿上面提到的A100來說，A100只有40MB的L2 cache，卻有著40GB的HBM2內(nèi)存，但這種圖形處理器的缺點就在于這種顯存往往是片外內(nèi)存，而且速度太慢，延遲過高。而WSE-2的40GB內(nèi)存則是均勻分布在AI核心上，且?guī)捒梢赃_到20PB/s。

其實早在去年的HotChips大會上，Cerebras就已經(jīng)透露過這個85萬AI核的新處理器，但由于一些延誤，他們沒法及時在去年發(fā)布。Cerebras聯(lián)合創(chuàng)始人Andrew Feldman在近期采訪中提到，與客戶合作了一年之后，他們汲取了一些經(jīng)驗教訓(xùn)，并將其整合進了新的AI核心中去，因此這一推遲很可能是由于對AI核心微架構(gòu)的改進。

以往一個晶圓需要切割成多個芯片，經(jīng)過封裝后再作為處理器上市售賣。而Cerebras的解決方案是晶圓級集成技術(shù)，直接利用一個晶圓的最大面積來生產(chǎn)單一芯片，不過考慮到目前矩形芯片依然是效率最高的選擇，自然不可能直接拿整個圓形晶圓來制造芯片，Cerebras也從一塊晶圓中選取了最大的正方形。雖然從12英寸晶圓的面積來看，制造一個WSE-2只用到了2/3的面積，但與芯片的售價相比，哪怕這些邊角料被浪費，損失也只是滄海一粟而已。要知道Cerebras賣給匹茨堡超算中心的兩臺基于WSE-1的系統(tǒng)，可是從中獲利近500萬美元。

基于WSE-2的AI計算平臺

但更強大的芯片放在一個老舊的系統(tǒng)里并非一定能實現(xiàn)全部的性能，反而可能會凸顯出原有系統(tǒng)的瓶頸，比如通信結(jié)構(gòu)、芯片I/O、電源和散熱等等。這就像是拿法拉利的引擎放在大眾車里，也跑不出前者的速度一樣。

CS-2散熱系統(tǒng) / Cerebras

基于WSE-2、Cerebras的系統(tǒng)以及軟件平臺，Cerebras也推出了新一代深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)CS-2，來突破系統(tǒng)上的限制。這么強大的性能自然需要強大的供電，CS-2采用了9+3的冗余供電配置來驅(qū)動WSE-2。但這樣的供電自然也面臨著散熱上的挑戰(zhàn)，Cerebras在CS-2內(nèi)部運用了一套水冷散熱系統(tǒng)，用水冷來對WSE-2散熱，再由風冷來降低水溫。與此同時，CS-2的空間占用并不大，這個26英寸高的機器僅僅占用15U的機架空間，雖然大于英偉達的HGX A100系統(tǒng)，但考慮到性能的提升，這點空間占用還是可以接受的。

CS-2 系統(tǒng)/ Cerebras

據(jù)Cerebras透露，WSE-2和CS-2都將于今年第三季度推出，而CS-2的價格也將從CS-1的2到3百萬美元漲到“幾百萬”美元的不具體數(shù)字。

小結(jié)

盡管Cerebras的WSE-2是一個性能怪獸，但它的應(yīng)用面并沒有A100那么廣，更像是面向小眾市場。就拿WSE-1的一些客戶來說，多數(shù)在進行一些生物及醫(yī)學(xué)研究，比如癌癥治療、藥物發(fā)現(xiàn)等，且多用于超算中心與國家實驗室，比如上面提到的匹茨堡超算中心和阿貢國家實驗室。而英偉達的A100則可以用于各種AI和HPC應(yīng)用，這也是Cerebras目前的解決方案沒有突破的，但考慮到Cerebras的定位也不是為了做到全面覆蓋，專注于一個市場反而是Cerebras能做到如此優(yōu)秀的原因所在。

其實最值得去突破的仍是這種晶圓級集成的技術(shù)，固然芯片設(shè)計廠商希望從單一晶圓中獲取更多的芯片，獲取更高的利潤，但這種純粹追求性能的芯片反而適合如今不少Power-hungry的應(yīng)用。話雖如此，實現(xiàn)這類芯片的良率同樣是一大挑戰(zhàn)，并不是每家公司都像Cerebras一樣在WSE-2上實現(xiàn)100%的良率的。

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