全球有多少 AI 算力？算力增長速度有多快？在這場 AI「淘金熱」中，都有哪些新「鏟子」？AI 初創(chuàng)企業(yè) Epoch AI 發(fā)布了最新全球硬件估算報告。

AI 的物質(zhì)基礎(chǔ)是機器學(xué)習(xí)硬件，例如圖形處理單元（GPU）和張量處理單元（TPU）。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球超過 140 款 AI 加速器，用于開發(fā)和部署深度學(xué)習(xí)時代的機器學(xué)習(xí)模型。

Epoch AI 帶來了全球算力的估計報告，利用公開信息估計了全球機器學(xué)習(xí)硬件的現(xiàn)狀和趨勢。

除了傳統(tǒng)硬件廠商英偉達(dá)、AMD 等紛紛推出加速卡，一些新興勢力開始「造芯」，算力持續(xù)提升。

2008 至 2024 年全球機器學(xué)習(xí)硬件的計算能力示意圖

除了 GPU，硬件類型也豐富了起來。比如，出現(xiàn)了專門處理張量計算的 TPU（張量處理單元，Tensor Processing Unit）。

報告的主要結(jié)論，總結(jié)如下：

• 總量每年增長 43%，價格下降 30%。

• 低精度計算成為主流。

• 頂級硬件能效每 1.9 年翻一番。

• 八年間，訓(xùn)練大型模型所需的處理器數(shù)量增加了 20 多倍。

• 全球 NVIDIA 支持的計算能力平均每 10 個月翻一番。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：ML 硬件的「摩爾定律」

ML 硬件每年增長 43%

以 16 位浮點運算衡量，機器學(xué)習(xí)硬件的性能以每年 43% 的速度增長，每 1.9 年翻一番。32 位性能也存在類似的趨勢。

優(yōu)化機器學(xué)習(xí)數(shù)字格式和張量核心提供了額外的改進(jìn)。

驅(qū)動因素還包括晶體管數(shù)量的增加和其他半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，以及針對 AI 工作負(fù)載的專門設(shè)計。這種改進(jìn)降低了每 FLOP 的成本，提高了能源效率，并實現(xiàn)了大規(guī)模人工智能訓(xùn)練。



機器學(xué)習(xí)硬件在不同精度下的峰值計算性能

性價比每年提升 30%

每美元性能提升迅速，并且任何給定精度和固定性能水平的硬件每年都會便宜 30%。與此同時，制造商不斷推出更強大、更昂貴的硬件。



單位時間單位價格下的 FLOP

低精度格式是趨勢

在使用針對人工智能計算優(yōu)化的張量核心和數(shù)據(jù)格式時，GPU 通常速度更快。

與使用非張量 FP32 相比，TF32、張量 FP16 和張量 INT8 在總體性能趨勢中平均提供約 6 倍、10 倍和 12 倍的性能提升。

一些芯片甚至實現(xiàn)了更大的加速。例如，H100 在 INT8 時的速度比在 FP32 時快 59 倍。

自推出以來，這些改進(jìn)約占整體性能趨勢改進(jìn)的一半。隨著開發(fā)人員利用這種性能提升，使用較低精度格式（尤其是張量 FP16）訓(xùn)練的模型已經(jīng)變得很常見。



能效每 1.9 年翻一番

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，頂級 GPU 和 TPU 的能效每 1.9 年翻一番。

就 tensor-FP16 格式而言，效率最高的加速器是 Meta 的 MTIA（每瓦高達(dá) 2.1x10^12FLOP/s）和 NVIDIA H100（每瓦高達(dá) 1.4x10^12FLOP/s）。即將推出的 Blackwell 系列處理器可能會更有效率，具體取決于其功耗。



模型也各有所愛

在 Epoch 的數(shù)據(jù)集中，NVIDIA A100 是用于高引用或最先進(jìn)人工智能模型的最常用的硬件，自發(fā)布以來已用于 65 個著名 ML 模型。

其次是 NVIDIA V100，用于訓(xùn)練 55 個著名模型，其次是谷歌的 TPU v3，用于 47 個。

然而，估計 NVIDIA H100 到 2023 年底的銷量已超過 A100，因此它可能在不久的將來成為訓(xùn)練模型最受歡迎的 GPU。



不同加速器訓(xùn)練的知名模型數(shù)量



2019 年至今，不同領(lǐng)域大模型訓(xùn)練所需算力比較

訓(xùn)練集群規(guī)模猛增

用于訓(xùn)練大型語言模型（LLMs）的處理器數(shù)量的顯著增長。

• Google NASv3 RL 網(wǎng)絡(luò) (2016): 使用了 800 個 GPU 進(jìn)行訓(xùn)練。

• Meta Llama 3.1 405B (2024): 使用了 16,384 個 H100 GPU 進(jìn)行訓(xùn)練。

這意味著在短短八年間，訓(xùn)練大型模型所需的處理器數(shù)量增加了 20 多倍。



四大「算力帝國」？

谷歌、微軟、Meta 和亞馬遜擁有相當(dāng)于數(shù)十萬個 NVIDIA H100 的 AI 算力。

這些計算資源既用于他們內(nèi)部的 AI 開發(fā)，也用于云客戶，包括許多頂級 AI 實驗室，如 OpenAI 和 Anthropic。

谷歌可能擁有相當(dāng)于超過一百萬個 H100 的計算能力，主要來自他們的 TPU。

微軟可能擁有最大的 NVIDIA 加速器庫存，約為 50 萬個 H100 當(dāng)量。

大量的 AI 計算能力由這四家公司以外的集團(tuán)共同擁有，包括其他云公司如 Oracle 和 CoreWeave，計算用戶如特斯拉和 xAI，以及各國政府。

之所以重點介紹谷歌、微軟、Meta 和亞馬遜，因為他們可能擁有最多的計算能力，而其他公司的數(shù)據(jù)公開較少。

初步工作發(fā)現(xiàn)，截至 2024 年中，谷歌 TPU 的總算力大約是英偉達(dá)芯片的 30%。



英偉達(dá)每年不止翻一番

自 2019 年以來，NVIDIA 芯片的總可用計算能力大約每年增長 2.3 倍，從而能夠訓(xùn)練越來越大的模型。

也就是說，全球 NVIDIA 組成的計算能力平均每 10 個月翻一番。

Hopper 這一代 NVIDIA AI 芯片目前占其所有 AI 硬件總計算能力的 77%。按照這種增長速度，舊的芯片型號在其推出后大約 4 年左右，對累計計算量的貢獻(xiàn)往往會低于一半。

請注意，此分析不包括 TPU 或其他專用 AI 加速器，因為這方面的數(shù)據(jù)較少。TPU 可能提供與 NVIDIA 芯片相當(dāng)?shù)目傆嬎隳芰Α?/p>



按芯片型號分解，發(fā)現(xiàn)目前大約 77% 的 NVIDIA FLOP/s 來自 Hopper 代際的 GPU，如 H100。

目前估計 NVIDIA GPU 可提供 4e21 FLOP/s 的計算能力，約相當(dāng)于 400 萬個 H100。



注意：這些估計基于 NVIDIA 的收入申報文件，并假設(shè)不同時代芯片的分布隨時間變化的模式與 AI 集群數(shù)據(jù)集中的模式相同。



英偉達(dá) 23-24 年季度財報

此外，報告發(fā)現(xiàn)自 2019 年以來，計算能力的累計總和（考慮折舊）每年增長 2.3 倍。

但僅考慮數(shù)據(jù)中心銷售額，而忽略 NVIDIA 收入報告中「游戲」（Gaming）銷售額帶來的計算能力。

公開數(shù)據(jù)集

Epoch 同時公布了機器學(xué)習(xí)硬件數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)分析源代碼。



https://epoch.ai/data/machine-learning-hardware-documentation#overview

詳細(xì)數(shù)據(jù)分析流程，參見下列 NoteBook。



https://colab.research.google.com/drive/1gbbrKDKFjghUPmH-aSI9ACtb1Iuwg-cR?usp=sharing

參考資料：

• https://epoch.ai/data/machine-learning-hardware

本文來自微信公眾號：新智元（ID：AI_era）

廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。