10 volte più veloce di una GPU NVIDIA: la sfida di NextSilicon parte da Maverick-2

L'israeliana NextSilicon ha presentato i dettagli tecnici di Maverick-2, il suo nuovo acceleratore per intelligenza artificiale e calcolo ad alte prestazioni (HPC), costruito su un'architettura radicalmente diversa da CPU e GPU tradizionali.

La piattaforma, chiamata Intelligent Compute Architecture (ICA), sfrutta un approccio dataflow (a flusso di dati) non basato sul modello di Von Neumann e, secondo i dati diffusi dall'azienda, è in grado di fornire fino a dieci volte le prestazioni delle GPU leader di mercato, con un consumo energetico ridotto fino al 60%.

Un nuovo paradigma per il calcolo

L'idea alla base di Maverick-2 è ribaltare il paradigma che ha dominato la computazione per decenni: non più software che si adatta all'hardware, ma hardware che si riconfigura in tempo reale in base al codice eseguito.

Elad Raz, fondatore e CEO di NextSilicon, ha dichiarato che nei processori convenzionali circa il 98% del silicio è dedicato alla gestione di operazioni di controllo - come predizione dei salti e riordinamento delle istruzioni - lasciando solo una minima parte alla computazione effettiva. Con ICA, gran parte di questa logica è spostata in un livello software intelligente che ottimizza dinamicamente il chip durante l'esecuzione, riducendo gli sprechi e massimizzando le risorse dedicate al calcolo.

Maverick-2 è prodotto da TSMC a 5 nanometri e disponibile in due varianti:

• Single-die, con 96 GB di memoria HBM3E e TDP di 400 W - disponibile in versione "scheda PCIe"
• Dual-die, con 192 GB di HBM3E e TDP di 750 W, disponibile con raffreddamento ad aria o a liquido - disponibile in versione OAM

Un singolo chip integra 32 core RISC-V operanti a 1,5 GHz, interfaccia PCIe 5.0 x16, banda di memoria fino a 3,2 TB/s e doppia connessione Ethernet 100 GbE nella versione OAM.

I benchmark interni indicano 32,6 giga-updates per secondo (GUPS) a 460 watt - 22 volte più veloce delle CPU tradizionali e quasi sei volte rispetto alle GPU - e 600 gigaflop nel test HPCG a 750 watt, con un'efficienza energetica paragonabile ai migliori acceleratori oggi in commercio. Tutto questo, sottolinea l'azienda, con codice non modificato in linguaggi come C, C++, Python, Fortran o CUDA.

NextSilicon ha avviato la distribuzione di Maverick-2 presso clienti selezionati, tra cui i Sandia National Laboratories, che lo stanno valutando nell'ambito del programma federale Vanguard-2 e del futuro supercomputer Spectra.

Secondo James H. Laros III, senior scientist e responsabile del programma, i risultati preliminari mostrano "un notevole potenziale per migliorare le capacità computazionali senza la necessità di modifiche estensive al codice", confermando la validità dell'approccio dall'azienda israeliana.

Arbel: il processore RISC-V di nuova generazione

Accanto al nuovo acceleratore, NextSilicon ha presentato anche Arbel, una CPU basata su architettura RISC-V e realizzata anch'essa a 5 nm da TSMC.

Il chip impiega una pipeline 10-way, buffer di riordino da 480-entry e quattro unità vettoriali da 128 bit, raggiungendo fino a 16 istruzioni scalari per ciclo. Arbel è pensato per integrarsi con Maverick-2, creando un sistema CPU-acceleratore interamente progettato da NextSilicon e alternativo alle soluzioni chiuse proposte da NVIDIA, AMD e Intel.

Dataflow, cosa significa?

L'approccio dataflow consente di eseguire in parallelo centinaia di operazioni, eliminando i colli di bottiglia dovuti alla gestione sequenziale delle istruzioni. Questo si traduce in una riduzione della latenza e del consumo energetico, elementi cruciali per i futuri sistemi HPC e AI su larga scala.

Nell'architettura di NextSilicon, "il calcolo è guidato dalla disponibilità dei dati piuttosto che dalle sequenze di istruzioni". Invece di un contatore di programma che esegue le istruzioni una alla volta (modello di Von Neumann), un processore a flusso di dati è costituito da una griglia di unità computazionali (ALU) interconnesse in una struttura a grafo. Ogni unità è configurata per eseguire un'operazione specifica: addizione, moltiplicazione, operazioni logiche, ecc.

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"Quando i dati di input arrivano a un'unità, il calcolo si attiva automaticamente e il risultato passa all'unità successiva nel grafo", aggiunge la società, facendo un esempio rivelatore: "In un processore tradizionale, avete un ricettario (programma) che seguite passo dopo passo, indipendentemente dal fatto che gli ingredienti (dati) siano pronti. In un processore a flusso di dati, ogni stazione di cottura si attiva nel momento in cui arrivano i suoi ingredienti, lavorando in parallelo con le altre stazioni. La ricetta non viene eseguita in sequenza, ma scorre naturalmente in base a ciò che è pronto per essere elaborato".

"Fondamentalmente, una volta che una stazione di cottura completa il suo compito, è immediatamente disponibile per iniziare l'ordine successivo. Questo flusso continuo elimina i cicli inattivi e massimizza la produttività".

NextSilicon sostiene che Maverick-2 rappresenti più di un semplice chip: un nuovo modo di concepire la computazione. Se le promesse verranno confermate anche al di fuori dei benchmark interni, l'azienda potrebbe diventare uno dei principali attori nel settore HPC, oggi dominato da NVIDIA, AMD e Intel.

Il progetto dell'azienda israeliana ha ottenuto un endorsement su LinkedIn nientemeno che da Pat Gelsinger, ex CEO di Intel: "L'Intelligent Compute Architecture, un'architettura dataflow non Von Neumann, affronta le carenze fondamentali delle tradizionali CPU/GPU/ASIC. I dati sulle prestazioni rilasciati oggi parlano chiaro: fino a 10 volte le prestazioni delle principali GPU, consumando fino al 60% in meno di energia. Ottenuto con codice non modificato e pronto all'uso. Congratulazioni al team!".