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PowerLattice 破解 AI 芯片耗電難題。

即使數(shù)據(jù)中心中的GPU運行大型語言模型理論上只需要700瓦，但由于電力輸送效率低下，實際可能需要1700瓦。彭鄒和他的團隊在初創(chuàng)公司PowerLattice表示，他們通過小型化和重新封裝高壓穩(wěn)壓器解決了這個問題。

該公司聲稱，其新型芯片通過縮小電壓轉(zhuǎn)換過程并將其顯著移近處理器，可降低高達50% 的功耗，并使每瓦性能提高一倍。

PowerLattice的電壓調(diào)節(jié)器芯片

電力輸送的萎縮與轉(zhuǎn)移

傳統(tǒng)系統(tǒng)通過將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電來為人工智能芯片供電，然后再將直流電再次轉(zhuǎn)換為GPU可用的低壓（約1伏）直流電。由于電壓下降，為了節(jié)省電能，電流必須增加。

這種能量交換發(fā)生在處理器附近，但電流即使在低電壓狀態(tài)下也需要流經(jīng)相當長的距離。高電流流經(jīng)任何距離都是不利的，因為系統(tǒng)會以熱量的形式損耗能量，損耗量與電流的平方成正比。“距離處理器越近，高電流需要流經(jīng)的距離就越短，因此我們可以減少功率損耗，”加州大學圣地亞哥分校研究電力電子的Hanh-Phuc Le說道，他與PowerLattice公司沒有任何關(guān)聯(lián)。

鑒于人工智能數(shù)據(jù)中心的能耗不斷增長，“這在今天幾乎已經(jīng)成為一個阻礙發(fā)展的問題，” PowerLattice 的鄒說。

鄒認為他和同事們找到了避免這種巨大功率損耗的方法。他們沒有像以往那樣在距離處理器幾厘米的地方降低電壓，而是找到了在處理器封裝內(nèi)部幾毫米處降低電壓的方法。PowerLattice公司設(shè)計了微型供電芯片，將電感器、電壓控制電路和軟件可編程邏輯集成到一個只有鉛筆橡皮擦兩倍大小的集成電路中。這些芯片位于處理器封裝基板下方，并與之連接。

PowerLattice 的研發(fā)人員面臨的一項挑戰(zhàn)是如何在不影響電感器性能的前提下縮小其尺寸。電感器能夠暫時存儲能量，然后平穩(wěn)地釋放，幫助穩(wěn)壓器維持穩(wěn)定的輸出。電感器的物理尺寸直接影響其能量存儲能力，因此縮小尺寸會削弱其作用。

這家初創(chuàng)公司通過使用一種特殊的磁性合金來制造電感器，從而解決了這個問題。鄒表示，這種合金“使我們能夠在高頻下高效運行電感器”?！拔覀兊墓ぷ黝l率比傳統(tǒng)方案高出百倍。” 在更高的工作頻率下，電路可以設(shè)計成使用電感值更低的電感器，這意味著元件本身可以使用更少的材料。這種合金的獨特之處在于，即使在如此高的頻率下，它也能保持比同類材料更好的磁性。

鄒教授表示，最終制成的微型芯片面積不到目前電壓調(diào)節(jié)器的二十分之一，厚度僅為100微米，大約相當于一根頭發(fā)絲的粗細。如此小的尺寸使得微型芯片可以盡可能靠近處理器安裝，節(jié)省下來的空間可以為其他組件提供寶貴的安裝空間。

PowerLattice的芯片組將位于 GPU 封裝的底部，從下方提供電源。

鄒表示，即使尺寸很小，這項專有技術(shù)也“高度可配置且可擴展”?？蛻艨梢允褂枚鄠€芯片組來實現(xiàn)更全面的解決方案，或者如果他們的架構(gòu)不需要，也可以使用更少的芯片組。鄒認為，這是PowerLattice電壓調(diào)節(jié)解決方案的“關(guān)鍵優(yōu)勢之一”。

該公司聲稱，采用芯片組技術(shù)可以為運營商降低50% 的電力需求，從而有效提升性能。但 Le 認為這個數(shù)字過于樂觀。他表示，50% 的節(jié)能“或許可以實現(xiàn)，但這意味 PowerLattice 必須能夠直接控制負載，包括處理器?！?他認為，只有當該公司能夠根據(jù)處理器的負載實時管理電源時，才能真正實現(xiàn)這一目標——這種技術(shù)被稱為動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)——而 PowerLattice 目前并不具備這種能力。

面臨競爭

目前，PowerLattice正在進行可靠性和驗證測試，預(yù)計將在兩年后向客戶發(fā)布首款產(chǎn)品。但將這些芯片推向市場并非易事，因為PowerLattice面臨著一些實力雄厚的競爭對手。例如，英特爾正在開發(fā)一款全集成電壓調(diào)節(jié)器，該設(shè)備的部分目的就是為了解決同樣的問題。

鄒認為英特爾并非競爭對手，因為除了產(chǎn)品在供電方式上的差異外，他也不相信英特爾會向競爭對手提供技術(shù)。“從市場定位的角度來看，我們和英特爾有很大的不同，”鄒說道。

Le表示，十年前，PowerLattice根本沒有發(fā)展空間，因為當時處理器廠商只有在客戶同時購買其電源產(chǎn)品的情況下才會保證芯片的可靠性?！袄?，高通可以銷售其處理器芯片，但絕大多數(shù)客戶也必須購買其專有的高通電源管理芯片，否則高通就會說，‘我們不保證整個系統(tǒng)的可靠運行?！?/p>

不過，現(xiàn)在或許有了希望。“目前有一種我們稱之為芯片組實現(xiàn)的趨勢，這是一種異構(gòu)集成，”Le說道。他表示，客戶正在將來自不同公司的組件混合搭配使用，以實現(xiàn)更好的系統(tǒng)優(yōu)化。

盡管像英特爾和高通這樣的知名供應(yīng)商可能仍然憑借其強大的客戶群占據(jù)優(yōu)勢，但規(guī)模較小的公司——主要是初創(chuàng)公司——在構(gòu)建處理器和人工智能基礎(chǔ)設(shè)施方面也同樣需要大量的電力。Le 表示，這些公司需要尋找電源，而 PowerLattice 和類似的公司正可以滿足這一需求?！笆袌鼍褪沁@樣。我們看到一家初創(chuàng)公司與另一家初創(chuàng)公司合作，共同開發(fā)的產(chǎn)品實際上可以與一些大型公司相媲美，甚至展開競爭?！?/p>

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