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详解Google第二代TPU,既能推理又能训练,性能霸道 | Google I\/O 2

2017-05-18 20:08 张弛

AI科技评论消息,5月18日凌晨,Google CEO Sundar Pichai在I/O大会上正式公布了第二代TPU,又称Cloud TPU或TPU 2.0,这一基于云计算的硬件和软件系统,将继续支撑Google最前沿的人工智能技术。

第一代TPU于去年发布,它被作为一种特定目的芯片而专为机器学习设计,并用在了AlphaGo的人工智能系统上,是其预测和决策等技术的基础。随后,Google还将这一芯片用在了其服务的方方面面,比如每一次搜索都有用到TPU的计算能力,最近还用在了Google翻译、相册等软件背后的机器学习模型中。

今天凌晨,Google宣布第二代的TPU系统已经全面投入使用,并且已经部署在了Google Compute Engine平台上。它可用于图像和语音识别,机器翻译和机器人等领域。

新的TPU包括了四个芯片,每秒可处理180万亿次浮点运算。Google还找到一种方法,使用新的计算机网络将64个TPU组合到一起,升级为所谓的TPU Pods,可提供大约11500万亿次浮点运算能力。

强大的运算能力为Google提供了优于竞争对手的速度,和做实验的自由度。Google表示,公司新的大型翻译模型如果在32块性能最好的GPU上训练,需要一整天的时间,而八分之一个TPU Pod就能在6个小时内完成同样的任务。之所以开发新芯片,部分也是因为Google的机器翻译模型太大,无法如想要的那么快进行训练。

除了速度,第二代TPU最大的特色,是相比初代TPU它既可以用于训练神经网络,又可以用于推理。初代的TPU只能做推理,要依靠Google云来实时收集数据并产生结果,而训练过程还需要额外的资源。

机器学习的能力已经逐渐在消费级产品中体现出来,比如Google翻译几乎可以实时将英语句子变成中文,AlphaGo能以超人的熟练度玩围棋。所有这一切都要靠训练神经网络来完成,而这又需要计算能力。所以硬件越强大,得到的结果就越快。如果将每个实验的时间从几周缩短到几天或几个小时,就可以提高每个机器学习者快速迭代,并进行更多实验的能力。由于新一代TPU可以同时进行推理和训练,研究人员能比以前更快地部署AI实验。

过去十多年来,Google已经开发出很多新的数据中心硬件,其中包括服务器和网络设备,主要目的是扩张自己的在线帝国。而过去几年中,在AI方面Google也选择开发自己的硬件,为其软件做优化。神经网络是复杂的数学系统,通过分析大量数据来学习,这种系统从根本上改变了技术的构建和运行方式,影响范围也包括硬件。

在某种程度上,初代的TPU被设计来是为了更好地支持TensoFlow机器学习框架。而归功于Google在软硬件上的进步与集成,TensorFlow已经成为构建AI软件的领先平台之一。这种优化,再加上Google大脑及其DeepMind子公司的内部人才,正是Google在AI领域保持领先的部分原因。

芯片厂商NVidia的GPU几乎主宰了机器学习的市场,而现在,Google想通过专门设计用于训练神经网络的芯片,来改变市场提格局。

亚马逊和微软通过自己的云服务提供GPU处理,但他们不提供定制的AI芯片。

不过Google也不能因此而高枕无忧,因为短期内竞争就会加剧。目前已经有几家公司,包括芯片巨头英特尔和一大批初创公司,正在开发专门的AI芯片,它们都可能替代Google TPU。

首先开发出新的芯片并不能保证Google成功,要使用TPU 2.0,开发者要学习一种构建和运行神经网络的新方法。它不仅仅是一个新的芯片,TPU 2.0也是专门为TensorFlow设计。虽然Tensorflow是开源软件,但也有许多研究人员使用Torch和Caffe等类似的软件。新硬件需要新的软件优化,这需要不少时间。

在Google推出TPU 2.0的几周之前,Facebook的AI研究主管Yann LeCun质疑称,市场可能不需要新的AI专用芯片,因为研究者已经对使用GPU所需的工具非常熟悉了。新的硬件意味着新的生态系统。

另外,Google云服务的成功不仅取决于芯片的速度,以及使用的容易程度,还要考虑成本。所以,如果Google以比现有GPU服务更低的成本提供TPU服务,会得到更广泛的用户基础。

Google自己当然会使用新TPU系统,但也会将它的能力开放给其它公司使用。Google表示,不会将芯片直接出售,而是会通过其新的云服务(年底前公布)提供,任何开发者都可以使用新处理器带来的计算能力。

Google也重申了其对开源模式的承诺,表示会向同意发布研究结果的研究人员提供TPU资源,甚至可能开源代码。他甚至呼吁开发者加入TensorFlow Research Cloud计划,它会免费提供一组1000台TPU。

新TPU的速度优势肯定会吸引到不少研究人员,毕竟AI研究要在大量硬件上广泛试错。就此而言,Google愿意免费提供计算资源对全世界的AI研究者来说都是有好处的,当然,这对Google来说也是有好处的。

图片来自WIREDTHEVERGE

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