في السعي الدؤوب لتحقيق ذكاء اصطناعي أسرع وأكثر كفاءة، يلامس الابتكار كل جانب من جوانب البنية التحتية لمراكز البيانات. بالإضافة إلى الرقائق المتخصصة والتبريد المتقدم، تخضع حتى الطريقة الأساسية لحفظ الوقت لتحول. أعلنت شركة SiTime، وهي شركة رائدة في هذا المجال، عن ساعة جديدة قائمة على MEMS مصممة لتحسين أعباء عمل الذكاء الاصطناعي، مما يبشر بتوفير كبير في الطاقة وتكاليف مخفضة لكل من تدريب الذكاء الاصطناعي والاستدلال. يعالج هذا الاختراق عنق الزجاجة الحرج في معالجة الذكاء الاصطناعي، حيث غالبًا ما تجلس وحدات معالجة الرسومات (GPUs) في وضع الخمول في انتظار البيانات، مما يسلط الضوء على أهمية التوقيت الدقيق والمتزامن في أنظمة الذكاء الاصطناعي الحديثة.
مشكلة توقيت الذكاء الاصطناعي
تندرج ساعات الحوسبة التقليدية في فئتين: ساعات سريعة ودقيقة وساعات متزامنة جيدًا عبر وحدات المعالجة المتعددة. ومع ذلك، يتطلب الذكاء الاصطناعي كليهما. يؤكد إيان كاتريس، كبير المحللين في More Than Moore، على هذه الازدواجية: “أنت تريد أن تسير الشريحة بأسرع ما يمكن، ولكنك تريد أيضًا المزامنة عبر 100000 شريحة”. هذه الحاجة إلى السرعة والمزامنة هي المكان الذي تقصر فيه الساعات التقليدية القائمة على الكوارتز. تهدف ساعة Super-TCXO الجديدة من SiTime إلى سد هذه الفجوة.
- يجمع بين وظائف الساعة فائقة الاستقرار والمتزامنة جيدًا في جهاز واحد.
- يوفر مزامنة أفضل 3 مرات مقارنة بمكونات الكوارتز المماثلة بسرعة 800 جيجابت في الثانية.
- يحقق هذا الأداء في شريحة أصغر بربع الحجم.
توفير الطاقة من خلال التوقيت الدقيق
غالبًا ما تترك شهية الذكاء الاصطناعي الشرسة للبيانات وحدات معالجة الرسومات (GPUs) باهظة الثمن في وضع الخمول لفترات كبيرة - تصل إلى 57٪ من الوقت، وفقًا للمقال - في انتظار دفعة البيانات التالية. سيسمح تسليم البيانات بشكل أسرع باستخدام GPU أكثر كفاءة وربما يقلل من عدد وحدات معالجة الرسومات المطلوبة.
- يتطلب النطاق الترددي الأسرع توقيتًا أفضل.
- يسمح التوقيت الدقيق لوحدات معالجة الرسومات (GPUs) بالدخول في وضع السكون بسرعة أثناء انتظار البيانات، مما يتيح دورات نوم واستيقاظ أسرع.
- تقلل الساعات المتزامنة عبر وحدات معالجة الرسومات (GPUs) من وقت الخمول، مما يقلل من هدر الطاقة أثناء العمليات الحسابية.
MEMS للإنقاذ
تستفيد Super-TCXO من SiTime من تقنية MEMS (الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة) لتلبية متطلبات التوقيت الصارمة لأعباء عمل الذكاء الاصطناعي. على عكس مذبذبات الكوارتز التقليدية التي تعتمد على اهتزازات بلورات الكوارتز المصنعة، يتم تصنيع مذبذبات MEMS لتردد ترددات معينة.
- أجهزة MEMS أصغر حجمًا، مما يجعلها أقل عرضة للإجهاد الميكانيكي.
- يمكن أن تكون أكثر دقة من مذبذبات الكوارتز.
- يسمح MEMS بالجمع بين الدقة والمزامنة والمتانة في جهاز واحد، وهو أمر بالغ الأهمية للتعامل مع الاهتزازات وتقلبات درجة الحرارة.
يؤكد ديف ألتافيلا، الرئيس وكبير المحللين في HotTech Vision & Analysis، على أهمية هذا التحول: “تأخذ MEMS خطوة أخرى إلى أبعد مما يمكن أن يفعله الكريستال … ما يتم استبداله في السوق بهذه التقنية الجديدة هو الطريقة القديمة لفعل الأشياء”. إن اعتماد Nvidia لأجهزة SiTime في سيليكون Spectrum-X Switch الخاص بهم يزيد من التحقق من صحة إمكانات حلول التوقيت القائمة على MEMS.
مستقبل توقيت الذكاء الاصطناعي
تتوقع SiTime طلبًا متزايدًا على أجهزة التوقيت القائمة على MEMS وتعمل بنشاط على تطوير حلول ذات نطاق ترددي أعلى. تعتقد الشركة أن ابتكاراتها بدأت للتو في إطلاق الإمكانات الكاملة لكفاءة الطاقة في أنظمة الذكاء الاصطناعي. كما صرح بيوش سيفاليا، نائب الرئيس التنفيذي للتسويق في SiTime: “نحن بالكاد نخدش السطح الآن فيما يتعلق بمعرفة مقدار كفاءة الطاقة التي يمكننا تحقيقها”.
في الختام، تمثل ساعة MEMS من SiTime تقدمًا كبيرًا في البنية التحتية للذكاء الاصطناعي. من خلال تحسين دقة التوقيت والمزامنة، تعد هذه الساعات بتحسين استخدام GPU وتقليل استهلاك الطاقة وخفض تكلفة تدريب الذكاء الاصطناعي والاستدلال في نهاية المطاف. مع استمرار نماذج الذكاء الاصطناعي في النمو في التعقيد والحجم، ستلعب الابتكارات مثل Super-TCXO دورًا حاسمًا في تمكين مستقبل أكثر استدامة وكفاءة للذكاء الاصطناعي.
المصدر: IEEE Spectrum
In the relentless pursuit of faster and more efficient AI, innovation is touching every aspect of data center infrastructure. Beyond specialized chips and advanced cooling, even the fundamental method of timekeeping is undergoing a transformation. SiTime, a leading innovator in the field, has announced a new MEMS-based clock designed to optimize AI workloads, promising significant energy savings and reduced costs for both AI training and inference. This breakthrough addresses a critical bottleneck in AI processing, where GPUs often sit idle waiting for data, highlighting the importance of precise and synchronized timing in modern AI systems.
The AI Timing Problem
Traditional computing clocks fall into two categories: fast, precise clocks and well-synchronized clocks across multiple processing units. However, AI demands both. Ian Cutress, chief analyst at More Than Moore, emphasizes this duality: “You want your chip to go as fast as possible, but then you also want to synchronize across 100,000 chips.” This need for both speed and synchronization is where conventional quartz-based clocks fall short. SiTime’s new Super-TCXO clock aims to bridge this gap.
- Combines ultra-stable and well-synchronized clock functionalities into a single device.
- Offers 3x better synchronization compared to comparable quartz components at 800 gigabits per second.
- Achieves this performance in a chip that is one-fourth the size.
Energy Savings Through Precise Timing
AI’s voracious appetite for data often leaves expensive GPUs sitting idle for significant periods – up to 57% of the time, according to the article – waiting for the next data batch. Faster data delivery would allow for more efficient GPU utilization and potentially reduce the number of GPUs needed.
- Faster bandwidth necessitates better timing.
- Precise timing allows GPUs to enter sleep mode quickly while waiting for data, enabling faster sleep-wake cycles.
- Synchronized clocks across GPUs minimize idle time, reducing energy waste during calculations.
MEMS to the Rescue
SiTime’s Super-TCXO leverages MEMS (microelectromechanical systems) technology to meet the stringent timing requirements of AI workloads. Unlike traditional quartz oscillators that rely on vibrations of machined quartz crystals, MEMS oscillators are manufactured to resonate at specific frequencies.
- MEMS devices are smaller, making them less susceptible to mechanical strains.
- They can be more precise than quartz oscillators.
- MEMS allows for the combination of precision, synchronization, and robustness in a single device, crucial for handling vibrations and temperature swings.
Dave Altavilla, president and principal analyst at HotTech Vision & Analysis, underscores the significance of this shift: “MEMS takes it another step further beyond what a crystal is capable of… what is being displaced in the market by this new technology is the old way of doing things.” Nvidia’s adoption of SiTime devices in their Spectrum-X Switch silicon further validates the potential of MEMS-based timing solutions.
The Future of AI Timing
SiTime anticipates a growing demand for MEMS-based timing devices and is actively developing even higher bandwidth solutions. The company believes that its innovations are just beginning to unlock the full potential of energy efficiency in AI systems. As Piyush Sevalia, executive vice president of marketing at SiTime, stated, “We’re just scratching the surface right now in terms of figuring out how much energy efficiency we can bring.”
In conclusion, SiTime’s MEMS-based clock represents a significant advancement in AI infrastructure. By improving timing precision and synchronization, these clocks promise to enhance GPU utilization, reduce energy consumption, and ultimately lower the cost of AI training and inference. As AI models continue to grow in complexity and scale, innovations like the Super-TCXO will play a crucial role in enabling a more sustainable and efficient future for artificial intelligence.
Source: IEEE Spectrum
جاري تحميل التعليقات...