英偉達獨霸時代結束？ChatGPT引爆谷歌微軟芯片大戰，亞馬遜也入局
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各大科技巨頭研發的AI芯片ChatGPT爆火，大廠開啟芯片爭霸賽
根據外媒The Information的報道以及其他來源，這三家大廠現在已經推出或計劃發布8款服務器和AI芯片，用于內部產品開發、云服務器租賃或者二者兼有。
「如果你能制造出針對AI進行優化的硅，那前方等待你的將是巨大的勝利」，研究公司Forrester的董事Glenn O’Donnell這樣說。付出這些巨大的努力，一定會得到回報嗎？答案是，并不一定。
英特爾、AMD和英偉達可以從規模經濟中獲益，但對大型科技公司來說，情況遠非如此。它們還面臨著許多棘手的挑戰，比如需要聘請芯片設計師，還要說服開發者使用他們定制的芯片構建應用程序。不過，大廠們已經在這一領域取得了令人矚目的進步。根據公布的性能數據，亞馬遜的Graviton服務器芯片，以及亞馬遜和谷歌發布的AI專用芯片，在性能上已經可以和傳統的芯片廠商相媲美。亞馬遜、微軟和谷歌為其數據中心開發的芯片，主要有這兩種：標準計算芯片和用于訓練和運行機器學習模型的專用芯片。正是后者，為ChatGPT之類的大語言模型提供了動力。此前，蘋果成功地為iPhone，iPad和Mac開發了芯片，改善了一些AI任務的處理。這些大廠，或許正是跟蘋果學來的靈感。在三家大廠中，亞馬遜是唯一一家在服務器中提供兩種芯片的云服務商，2015年收購的以色列芯片設計商Annapurna Labs，為這些工作奠定了基礎。谷歌在2015年推出了一款用于AI工作負載的芯片，并正在開發一款標準服務器芯片，以提高谷歌云的服務器性能。相比之下，微軟的芯片研發開始得較晚，是在2019年啟動的，而最近，微軟更加快了推出專為LLM設計的AI芯片的時間軸。而ChatGPT的爆火，點燃了全世界用戶對于AI的興奮。這更促進了三家大廠的戰略轉型。
ChatGPT運行在微軟的Azure云上，使用了上萬塊英偉達A100。無論是ChatGPT，還是其他整合進Bing和各種程序的OpenAI軟件，都需要如此多的算力，以至于微軟已經為開發AI的內部團隊分配了服務器硬件。在亞馬遜，首席財務官Brian Olsavsky在上周的財報電話會議上告訴投資者，亞馬遜計劃將支出從零售業務轉移到AWS，部分原因是投資于支持ChatGPT所需的基礎設施。在谷歌，負責制造張量處理單元的工程團隊已經轉移到谷歌云。據悉，云組織現在可以為TPU和在其上運行的軟件制定路線圖，希望讓云客戶租用更多TPU驅動的服務器。谷歌：為AI特調的TPU V4
早在2020年，谷歌就在自家的數據中心上部署了當時最強的AI芯片——TPU v4。
不過直到今年的4月4日，谷歌才首次公布了這臺AI超算的技術細節。
相比于TPU v3，TPU v4的性能要高出2.1倍，而在整合4096個芯片之后，超算的性能更是提升了10倍。同時，谷歌還聲稱，自家芯片要比英偉達A100更快、更節能。對于規模相當的系統，TPU v4可以提供比英偉達A100強1.7倍的性能，同時在能效上也能提高1.9倍。對于相似規模的系統，TPU v4在BERT上比A100快1.15倍，比IPU快大約4.3倍。對于ResNet，TPU v4分別快1.67倍和大約4.5倍。
另外，谷歌曾暗示，它正在研發一款與Nvidia H100競爭的新TPU。谷歌研究員Jouppi在接受路透社采訪時表示，谷歌擁有「未來芯片的生產線」。微軟：秘密武器雅典娜
不管怎么說，微軟在這場芯片紛爭中，依舊躍躍欲試。
此前有消息爆出，微軟秘密組建的300人團隊，在2019年時就開始研發一款名為「雅典娜」（Athena）的定制芯片。
根據最初的計劃，「雅典娜」會使用臺積電的5nm工藝打造，預計可以將每顆芯片的成本降低1/3。如果在明年能夠大面積實裝，微軟內部和OpenAI的團隊便可以借助「雅典娜」同時完成模型的訓練和推理。這樣一來，就可以極大地緩解專用計算機緊缺的問題。彭博社在上周的報道中，稱微軟的芯片部門已與AMD合作開發雅典娜芯片，這也導致AMD的股價在周四上漲了6.5%。但一位知情者表示，AMD并未參與其中，而是在開發自己的GPU，與英偉達競爭，并且AMD一直在與微軟討論芯片的設計，因為微軟預計要購買這款GPU。亞馬遜：已搶跑一個身位
而在與微軟和谷歌的芯片競賽中，亞馬遜似乎已經領先了一個身位。
在過去的十年中，亞馬遜在云計算服務方面，通過提供更加先進的技術和更低的價格，一直保持了對微軟和谷歌的競爭優勢。而未來十年內，亞馬遜也有望通過自己內部開發的服務器芯片——Graviton，繼續在競爭中保持優勢。作為最新一代的處理器，AWS Graviton3在計算性能上比上一代提高多達25%，浮點性能提高多達2倍。并支持DDR5內存，相比DDR4內存帶寬增加了50%。針對機器學習工作負載，AWS Graviton3比上一代的性能高出多達3倍，并支持 bfloat16。
基于Graviton 3芯片的云服務在一些地區非常受歡迎，甚至于達到了供不應求的狀態。亞馬遜另一方面的優勢還表現在，它是目前唯一一家在其服務器中提供標準計算芯片（Graviton）和AI專用芯片（Inferentia和Trainium）云供應商。早在2019年，亞馬遜就推出了自己的AI推理芯片——Inferentia。它可以讓客戶可以在云端低成本運行大規模機器學習推理應用程序，例如圖像識別、語音識別、自然語言處理、個性化和欺詐檢測。而最新的Inferentia 2更是在計算性能提高了3倍，加速器總內存擴大了4倍，吞吐量提高了4倍，延遲降低到1/10。
在初代Inferentia推出之后，亞馬遜又發布了其設計的主要用于AI訓練的定制芯片——Trainium。它對深度學習訓練工作負載進行了優化，包括圖像分類、語義搜索、翻譯、語音識別、自然語言處理和推薦引擎等。
在一些情況下，芯片定制不僅僅可以把成本降低一個數量級，能耗減少到1/10，并且這些定制化的方案可以給客戶以更低的延遲提供更好的服務。撼動英偉達的壟斷，沒那么容易
不過到目前為止，大多數的AI負載還是跑在GPU上的，而英偉達生產了其中的大部分芯片。
據此前報道，英偉達獨立GPU市場份額達80%，在高端GPU市場份額高達90%。20年，全世界跑AI的云計算與數據中心，80.6%都由英偉達GPU驅動。21年，英偉達表示，全球前500個超算中，大約七成是由自家的芯片驅動。而現在，就連運行ChatGPT的微軟數據中心用了上萬塊英偉達A100 GPU。一直以來，不管是成為頂流的ChatGPT，還是Bard、Stable Diffusion等模型，背后都是由每個大約價值1萬美元的芯片英偉達A100提供算力。
不僅如此，A100目前已成為人工智能專業人士的「主力」。2022人工智能現狀報告還列出了使用A100超級計算機部分公司的名單。
顯而易見，英偉達已經壟斷了全球算力，憑借自家的芯片，一統江湖。根據從業者的說法，相比于通用芯片，亞馬遜、谷歌和微軟一直在研發的專用集成電路（ASIC）芯片，在執行機器學習任務的速度更快，功耗更低。O’Donnell董事在比較GPU和ASIC時，用了這樣一個比較：「平時開車，你可以用普銳斯，但如果你必須在山上用四輪驅動，用吉普牧馬人就會更合適?！?/span>
然而盡管已經做出了種種努力，但亞馬遜、谷歌和微軟都面臨著挑戰——如何說服開發者使用這些AI芯片呢？現在，英偉達的GPU是占主導地位的，開發者早已熟悉其專有的編程語言CUDA，用于制作GPU驅動的應用程序。如果換到亞馬遜、谷歌或微軟的定制芯片，就需要學習全新的軟件語言了，他們會愿意嗎？ 來源：新智元
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