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由GPGPU带领更先进的图形,让AI启动元宇宙及数字孪生的应用
2021.11.10

GPU 是现在人工智能市场的闪耀明星,下一个元宇宙及数字孪生的高峰需要人工智能与图形兼备的处理器。只具备传统图形功能的处理器面临变革,它将如何面对摩尔定律的衰微,及新应用的挑战?

近日,天数智芯首席技术官吕坚平博士在复旦大学以及数字电视国家工程研究中心展开了连续两场的精彩讲座,该讲座便回答了以上问题。

吕坚平博士在演讲现场展示
天数智芯7纳米GPGPU产品—“天垓”

吕博士首先谈到了一个成功的计算机架构是什么?并提出“在竞争中的首选架构将促进后续的软件进化”的观点,他表示,最终人工智能市场选择了GPU作为赢家。

因为首先GPU促进了AI“软件”的发展,目前为止所有的神经网络都是在GPU的基础上发展的。其次至今设计用来取代GPU的竞争者们,常常难以运行基准测试和新出炉的神经网络(NN)模型,具有讽刺意味的是,这些模型在被戏称为“老掉牙”GPU上却运行良好。也因此,对于AI硬件架构师来说,看到媒体对基准测试和AI会议的报道是一件很难堪的事情。

接着,吕博士提了特定领域架构(DSA),一般人以为针对AI的DSA会胜过GPU,毕竟GPU是用于3D图形领域的 DSA。殊不知,GPU就是在通用计算内容纳DSA的计算架构,GPU能加速AI中盛行的矩阵运算,就是GPU通用计算容纳DSA的一个代表作。

GPU的“三重人格”

由此可知,事实上,GPU在图形、计算和AI方面具有“三重人格”。但是目前,这“三重人格”并没有完全融合。图形没有充分利用GPU的计算单元,计算部分也没有实现流水线化,同时,AI也没有充分应用图形硬件功能。

因此,未来的挑战将是如何把“三重人格”融合,才能扭转摩尔定律的衰微。天数智芯认为通过以下几种方式:

1.统一图形和计算,图形在某种意义上就是计算,未来好的图形的架构是基于GPGPU的,这是GPU架构师的终极梦想;

2.硬件要变成可微分,可微分的硬件在AI的观点中是可编程的;

3.AI与图形会完全整合,图形会用到AI,AI也会用到图形,如此一来,图形会更为优越,AI会更有力量。 其实,目前GPU也存在悖论,GPU的架构师社群一直想把图形变成GPU计算。他们不喜欢流水线,却不得不推行流水线。吕博士提出的解决方法是,以前的众多传统Shader可以用崭新的Mesh Shader取代,这样流水线就会简化,同时增加通用计算的特殊化,这样,一方面维护了可编程性,另一方面又可以增加效率,从而解决之前存在的悖论。

在未来,GPU又会发展成什么样?吕博士指出,通过上面的结论可知,基于简化的流水线,就可以做更多以流水线串接的Task,每个Task是可以重新定义的,这样就可以成就更好的计算以及图形。未来的渲染方式将会出现巨大的革命性变化,特别是在数字孪生的运作上。

未来AI最大的挑战是什么?

到此可以论证,AI与图形会完全结合。那么,未来AI最大的挑战是什么?答案是,怎样为元宇宙生成内容?

以后可视化会越来越重要,人们对于3D图形的质量要求会越来越高,他们希望3D图形和现实世界的物理越接近越好,这需要AI。

元宇宙的下一步是数字孪生,他们的区别在于,元宇宙是自身运作,而数字孪生的虚拟世界与实际世界同时运作,虚拟环境与物理环境毕竟还是存在需要被弥补的鸿沟,这也需要AI。 针对内容生成来说,以前要生成内容,只要针对少数游戏进行设计就可以了,元宇宙出现以后,3D运算变多了,唯一的方法就是运用人工智能产生3D空间模型,这需要采用渲染的方法,从而产生图形,人工智能会与实际存在的图形比较,在体会到差距后,用梯度方式回传,进行训练,调整模型。而需要完成这样的事情,渲染本身一定要可微分,才能产生反馈的循环,来训练模型。未来,我们会发现,AI就是图形。

结论

我们认为,可微分通用GPU是后摩尔,AI时代的基石,因为在那个时代的应用将会是元宇宙和数字孪生,这需要可微分图形硬件的支持,把GPU流水线变成可编程。从而,使得硬件既可以用做AI,也可以用做图形。

但问题是,我们怎样打造这样的基石?

错误的做法是

1.追寻过去的老旧的图形做法,因为现在图形已经在不断发展,GPGPU可以囊括图形;

2.做两条产品线,一个做图形,一个做AI。从本文以上论证可以看出,图形和AI最终会融合;

3.为了走捷径,拿第三方授权的代码修改。这是非常错误的做法,因为架构的授权是有期限的,之后的代码永远不可能归你所有。遗憾的是,目前一些企业已经误入歧途。

天数智芯的正确做法是:

1.专注于构建领先的 GPGPU;

2.越过传统,跳接回归GPGPU的崭新图形标准;

3.使核心的图形硬件可微分,以便我们可以运用图形制作更强大的AI,以及运用AI带动更优越的图形。

关于天数智芯

上海天数智芯半导体有限公司(简称“天数智芯”)于2018年正式启动7纳米通用并行(GPGPU)云端计算芯片设计,是中国第一家通用并行(GPGPU)云端计算芯片及高性能算力系统提供商。公司以“成为智能社会的赋能者”为使命,专注于云端服务器级的通用并行高性能云端计算芯片,瞄准以云计算、人工智能、数字化转型为代表的数据驱动技术市场,解决核心算力瓶颈问题。重点打造自主可控、国际一流的通用、标准、高性能云端计算GPGPU芯片,从芯片端解决算力问题。

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