Google自研芯片TPU將改變什么？

Google已經(jīng)制造出自己的計(jì)算機(jī)芯片，而事情還遠(yuǎn)沒有結(jié)束。

近日，這家整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上最強(qiáng)大的公司在科技界拋出了幾枚重磅炸彈，披露了全新的定制化芯片，借此這家龐大的在線帝國可以更好地經(jīng)營未來的主營業(yè)務(wù)：人工智能。

為了制造自己的芯片，Google在改造了科技界的很多東西之后，又向前邁近一步。為鞏固各類在線服務(wù)，過去十多年來這家公司為自己的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)了各種新硬件，包括計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。隨著服務(wù)范圍和規(guī)模達(dá)到一個(gè)空前的高度，他們需要通過更高效的硬件運(yùn)行這些服務(wù)。多年來，其他很多互聯(lián)網(wǎng)巨頭也曾效仿這種做法，以此為契機(jī)全球硬件市場產(chǎn)生了翻天覆地的變化。

對于這款新芯片，Google的目標(biāo)始終未變：空前的高效。為了讓AI技術(shù)躍上一個(gè)新高度，他們需要一種能在更低能耗前提下，用更短時(shí)間完成更多任務(wù)的芯片。但這個(gè)芯片所產(chǎn)生的效果已經(jīng)超越了Google帝國本身，甚至讓Intel和nViaia這樣的商業(yè)化芯片制造商的未來受到威脅，尤其是考慮到Google對于未來的愿景，這種情況顯得更為緊迫。根據(jù)在Google帝國的鞏固之路上主要負(fù)責(zé)全球數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的Urs Hölzle所說，新的定制芯片只是萬里長征的第一步。

不，Google不打算將自己的芯片出售給其他公司，他們不會(huì)與Intel或nVidia直接競爭。但考慮到這家公司的數(shù)據(jù)中心規(guī)模之大，Google目前已經(jīng)是這些芯片公司最大的潛在客戶。與此同時(shí)，隨著越來越多企業(yè)開始使用Google提供的云計(jì)算服務(wù)，他們自行購買的服務(wù)器（以及芯片）數(shù)量只會(huì)越來越少，這等于進(jìn)一步蠶食了芯片制造商的市場份額。

確實(shí)，Google公布有關(guān)新芯片的新聞只是為了宣傳自家的云服務(wù)業(yè)務(wù)，讓更多企業(yè)和開發(fā)者選用自家的AI引擎，并將其用于自己的應(yīng)用程序中。隨著Google開始將AI的強(qiáng)大能力出售給其他公司，這實(shí)際上是在（以相當(dāng)高調(diào)的方式）宣稱他們可以提供運(yùn)行這種AI的最佳硬件，而且絕無僅有的硬件。

Google對速度的渴求

Google的新芯片叫做Tensor Processing Unit（張量處理器），即TPU。這是因?yàn)檫@種芯片更適合運(yùn)行TensorFlow，正是這個(gè)軟件引擎驅(qū)動(dòng)著Google的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，硬件和軟件組成的網(wǎng)絡(luò)可以通過分析海量數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)如何完成特定任務(wù)。其他技術(shù)巨頭通常使用圖形處理器，即GPU運(yùn)行自己的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而這GPU最初是針對游戲和其他圖形密集型應(yīng)用程序的圖像渲染任務(wù)設(shè)計(jì)的。雖然GPU在設(shè)計(jì)上很適合用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的計(jì)算任務(wù)，但Google認(rèn)為如果使用定制芯片可以進(jìn)一步提高效率。

根據(jù)Google的介紹，他們結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的具體需求對TPU的規(guī)格進(jìn)行了調(diào)整，用更少量事務(wù)就可以運(yùn)行每一步操作。這意味著這樣的芯片每秒鐘都能執(zhí)行更多操作。

目前Google同時(shí)使用TPU*和*GPU運(yùn)行自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。Hölzle拒絕詳細(xì)介紹Googe對于這種TPU的使用方式細(xì)節(jié)，不過透露說這種技術(shù)可以處理驅(qū)動(dòng)Android手機(jī)語音識別功能所需的“部分運(yùn)算量”。同時(shí)他還說Google即將發(fā)布一篇介紹這種芯片好處的論文，并且還會(huì)繼續(xù)設(shè)計(jì)能夠以其他方式處理機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的新芯片。最終，他們的目標(biāo)是徹底停止使用GPU。“已經(jīng)取得一些進(jìn)展了，”Hölzle說：“對機(jī)器學(xué)習(xí)來說，GPU還是不夠?qū)＞?，畢竟從設(shè)計(jì)上就不是針對這種用途的。”

nVidia可不愿意聽到這種說法。作為全球最主要的GPU經(jīng)銷商，nVidia正在急迫地將自家業(yè)務(wù)拓展到AI領(lǐng)域。同時(shí)Hölzle也提出，最新款nVidia GPU包含一個(gè)專門的機(jī)器學(xué)習(xí)模式。但是很明顯，Google希望這個(gè)變化能夠進(jìn)行的快點(diǎn)，再快點(diǎn)。

最智能的芯片

與此同時(shí)，其他公司，尤其是Microsoft也在芯片之路上進(jìn)行著探索。場效可編程門陣列（Field-programmable gate array，F(xiàn)PGA）就是一種可以通過重新編程執(zhí)行特定任務(wù)的芯片。Microsoft已經(jīng)測試過FPGA在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的運(yùn)用，而Intel也明確了市場的發(fā)展方向，最近收購了一家銷售FPGA的公司。

一些分析師認(rèn)為這才是最明智的發(fā)展之路。密切關(guān)注芯片制造業(yè)務(wù)的Moor Insights and Strategy事務(wù)所總裁兼首席分析師Patrick Moorhead認(rèn)為FPGA可以提供更高靈活性。Moorhead懷疑Google新發(fā)布的TPU是否有些“過猶不及”，并指出制造這樣的芯片至少需要六個(gè)月，在競爭日趨激烈的市場中，六個(gè)月時(shí)間已經(jīng)太長了，并且還要與最大的互聯(lián)網(wǎng)公司展開競爭。

但Google不想要這樣的靈活性。對他們來說，速度的重要性超越一切。在被問到為什么Google要從零開始制造自己的芯片而不是使用FPGA時(shí)，Hölzle說：“只是想實(shí)現(xiàn)更高的速度。”

核心業(yè)務(wù)

Hölzle還提到Google的芯片并不是為了取代CPU。中央處理器是所有計(jì)算機(jī)服務(wù)器的心臟，這個(gè)搜索巨頭依然需要使用這種芯片運(yùn)行數(shù)據(jù)中心內(nèi)成千上萬的服務(wù)器，而CPU是Intel的主營業(yè)務(wù)。當(dāng)然如果Google愿意專門為了AI打造一款自己的芯片，那么人們不禁好奇他們是否打算更進(jìn)一步重新設(shè)計(jì)自己的CPU。

Hölzle淡化了這種可能性。“只需要解決尚未解決的問題，”他說。換句話說，CPU是一種成熟的技術(shù)，已經(jīng)可以按照預(yù)期正常工作。但同時(shí)他也說，Google希望芯片市場能夠呈現(xiàn)出良性競爭的環(huán)境。也就是說，他們希望從多家經(jīng)銷商處購買，而不只是購買Intel的產(chǎn)品。畢竟更激烈的競爭對Google而言意味著更低的價(jià)格。同時(shí)Hölzle也解釋說，Google正是為了能獲得更豐富的選擇而與OpenPower基金會(huì)合作，這家機(jī)構(gòu)的目標(biāo)是提供任何人都可以使用和修改的芯片設(shè)計(jì)。

這是個(gè)很強(qiáng)大的想法，同時(shí)對全球最大的芯片制造商來說也是一個(gè)很強(qiáng)大的潛在威脅。根據(jù)IDC研究公司分析師Shane Rau所說，全球服務(wù)器CPU出貨總量中有大約5%是Google購買的。他說在最近一年內(nèi)，Google購買了大約120萬塊芯片，其中大部分來自Intel。（2012年，Intel高管Diane Bryant告訴WIRED說Google從Intel處購買的服務(wù)器芯片數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他五家客戶，而其他這些客戶全都是銷售服務(wù)器的公司。）

無論對CPU有何計(jì)劃，Google還將繼續(xù)探索更適合機(jī)器學(xué)習(xí)需求的芯片，而我們要等到很多年后才能知道什么可行，什么不可行。畢竟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念本身也在繼續(xù)進(jìn)化?！拔覀兊奶剿鲝奈粗袛?，”他說：“但最終答案是什么我還不知道?！笨梢钥隙ǖ氖牵S著Google繼續(xù)探索，全世界的芯片制造商都在密切關(guān)注。