ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情

第869回

半導体プロセスの新たな覇権！ インテルのDNNプロセッサーはAMDやMetaを凌駕する配線密度と演算密度

研究用と割り切ったINT8固定設計
3D積層チップが示す、将来の商用プロセッサーへの布石

　下の画像は、Foveros Direct 3Dを利用した接続部の構図である。24×23のパッドが9μm間隔で配され、中央にデータ(Up/Down)が置かれる格好である。後で出てくるが、1つのコアのサイズもおそらく216×207μm程度なので、ほぼコアの全面にこのPadが置かれる格好になる。

Foveros Direct 3Dを利用した接続部の構図。上の画像の脚注などで「256bitはどこに消えた」と思われるかもしれないが、上り下りともに64bit幅のディファレンシャルなので信号ピンは上り下りともに128ピン、トータルで256ピンと考えられる

　信号がSingle Endedではなくディファレンシャルなのはやや意外だった。この変換をするのが、HBI Out Interface右下のFF:FlipFlopと、HBI In Interface右上のBufferと思われる。

　次にDNN PEの中身が下の画像である。まず16行16列の行列演算器(Systolic Array)があり、ここでの合計を合算して(Bias Addition)、正規化し(Batch Norm)、最後にアクティベーションするという、もう本当にCNNの演算だけを行なう仕組みになっている。

この書き方からするとTensorflow Lite Microを動かすのが前提の構成になっている(もちろんほかのフレームワークも利用可能だろう)

　精度はINT8固定だが、研究用だからこれで良しとしたのだろう。そのDNN PEであるが、これは本当にアクセラレーターで他の処理ができないので、制御はRISC-Vコアが担う形になる。下の画像はその動作をまとめたものだが、入力されるマップが1つを同時に複数のコアで分割するのか、複数のマップをそれぞれ独立して処理するのかで動作が変わってくる。

右側の動作フローは、左側で言えば上側のPartition Feature Mapの場合の処理となる。この場合Core 0がプライマリーとなり、それがCore 1、Core 2、...にCreate Threadを発行してそれぞれ処理を行なわせ、最後にJoinで同期を取る格好だ

　ただ個々のコアは自身のDNN PEで処理することそのものは変わらず、コア同士の制御はRISC-V側で管理するというシンプルな仕組みになっている。これを見ていると、RISC-Vコアはもう少し強力なものにして、1つのRISC-Vコアで複数のDNN PEを駆動するようにした方がオーバーヘッドが少なそうな気もするのだが、あくまで研究用のコアだからこれで良しとしたのであって、商品化するとなるとまた実装は変わってくるのだろう。

　実際のテストシステムが下の画像だ。ダイサイズは3.3×0.83mmと、かなり横長の構成である。チップのサイズに比してヒートシンクがやけに大きい気がするが、テスト用だからだろう。

このページ最初の画像で説明したダイ(この写真で言えばTile)の大きさはこの寸法からの逆算である。Chip Bridge/Chip IOの面積がよくわからないから断言はできないが、少なくとも横幅が216μm未満ということはないだろう。つまりChip BridgeとChip IOの面積は276×829μm程度になると考えられる