Groq AI推理加速器： 三年内超越英伟达？

芝能智芯出品

Groq推出了大模型推理芯片，以每秒500tokens的速度引起轰动，超越了传统GPU和谷歌TPU。该芯片采用了全球首个LPU方案，解决了计算密度和内存带宽的瓶颈，推理速度提高了10倍，成本降低十分之一，性价比提高了100倍。芯片搭载了230MB大SRAM，内存带宽高达80TB/s，算力强大，支持多种机器学习框架进行推理。

Groq在演示中展示了多种模型的强大性能，并宣称在三年内将超越英伟达。产品特色包括API访问速度快、支持多种开源LLM模型、价格优势等，成为大模型推理领域的新兴力量。

Groq 公司的创始于2016年，旗舰产品是 Groq Tensor Streaming Processor Chip（TSP）和相应的软件，主要应用于人工智能、机器学习、深度学习等领域。目标市场包括人工智能和机器学习超大规模应用、政府部门、高性能计算集群、自动驾驶车辆以及高性能边缘设备。

Groq产品以其出色的推理性能、对多种开源LLM模型的支持以及具有竞争力的价格政策等特色，成为一个引人注目的选择。这个芯片到底是怎么做的呢？

Part 1

Groq的做法

随着人工智能（AI）和高性能计算（HPC）的融合发展，对于同时处理AI和HPC工作负载的需求日益增加。在这一背景下，Groq公司推出了其最新的AI推理加速器，旨在简化计算、提高效率，并实现更高的可扩展性，软件定义张量流多处理器（TSP），采用了一种全新的硬件软件结合的方法，为人工智能、机器学习和深度学习应用提供更高效的计算支持。

Groq AI推理加速器的设计思想是结合了HPC与AI的工作负载需求，提供了一种创新的可扩展计算架构。相比传统的GPU，GroqChip 1具有更简化的编程模型，更高的响应速度以及更可靠的执行。该芯片拥有多个特色组件，包括高速网络、数据交换器、指令控制、SRAM内存以及Groq TruePoint矩阵，使其具备了强大的计算能力和灵活性。

传统的 CPU 架构在控制逻辑方面隐藏了大量复杂性，如缓存、预取、乱序执行和分支预测，但这些控制逻辑会减少可用于原始计算的面积。与此相反，Groq 公司重新审视了硬件软件的合约，创造出了更加可预测和基于流的硬件，并将更多的控制权交给了软件。硬件（CPU）定义了软件，但随着数据流型计算需求的增长以及摩尔定律和 Dennard 缩放的减速，CPU“抽象”不再是软件开发的唯一基础。因此，Hennessy 和 Patterson 提出了“计算机体系结构的新黄金时代”的观点，Lattner 提出了“编译器的新黄金时代”的观点，Karpathy 则提出了“软件 2.0”的概念，这都预示着硬件与软件的抽象合约已经重新开启，实现了“软件定义硬件”的机会。

GroqChip 的可扩展架构以简化计算，通过使用大量单级划分 SRAM 和显式分配张量，实现了可预测的性能。此外，Groq 公司设计了功能划分的微体系结构，重新组织了多核网格，使得编译器可以对程序执行进行精确控制，从而提高了执行效率。

Groq AI推理加速器支持各种规模的计算节点，从单个卡片到整个机架，都能实现高效的并行计算。

通过GroqRack和GroqNode等组件的组合，用户可以根据实际需求灵活搭建计算集群，实现对不同规模工作负载的处理。Groq 公司提供了强大的编译器支持，通过在编译时和运行时之间建立静态-动态接口和硬件-软件接口，赋予了软件更多的数据编排权力。该编译器能够实现 SOTA（State of the Art）级别的性能，对于一些重要的矩阵操作如通用矩阵乘法（GEMM），Cholesky 分解等，取得了令人瞩目的成果。

在系统拓扑结构方面，Groq 公司采用了低直径网络 Dragonfly，以最小化网络中的跳数，提高了数据传输效率。同时，通过 Chip-to-Chip（C2C）链接和流量控制，实现了多芯片间的通信。此外，Groq 公司还提出了一种多芯片间的分区和流水线并行执行的方法，以进一步提高多芯片系统的性能。

Part 2

实际案例

除了传统的计算流体动力学（CFD）应用外，Groq AI推理加速器还可应用于图神经网络（GNN）等领域。GNN广泛应用于非欧几里得数据的建模和预测，例如化学分子结构、社交媒体推荐系统等。Groq芯片在处理这类非结构化数据时表现出色，通过深度学习算法的加速，能够大幅提升模型训练和推理的效率。软件定义张量流多处理器提供了一种全新的硬件软件结合的方法，通过重新审视硬件软件合约，将更多的控制权交给了软件，从而实现了更高效的计算性能。随着人工智能和深度学习应用的不断发展，这种方法将有望在未来的计算领域发挥重要作用。

在实际应用中，Groq AI推理加速器已经在化学分子属性预测、药物发现等领域取得了显著的成果。

借助其高性能和可扩展性，Groq芯片在处理大规模数据集时能够实现极大的加速，从而提升了科学研究和工程实践的效率。

小结

总的来说，Groq AI推理加速器以其创新的设计思想和强大的性能，在处理融合HPC与AI工作负载的应用中展现出了巨大的潜力。随着对于高性能计算和人工智能技术的不断发展，相信Groq芯片将在各个领域展现出更广泛的应用前景。

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