إدماج معجِّلات التعلم في مجال الآلات مع نظم تجهيز المواد الكيميائية

إن إدماج مسرعات التعلم الآلي في نظم مجهزة مجموعة التعليمات المعقدة يمثل تحولاً محورياً في الهيكل الحاسوبي الحديث، حيث تتطلب عمليات الإنتاج المكثف والمتوازية في إطار نظام الإنتاج المتطور، كما أن هذه العمليات تنطوي على زيادة كبيرة في استخدام الطاقة، كما أن هذه النظم التي تستخدم في استخدام المواد المتطورة، هي التي تُستخدم في إطار نظام الأفضليات المعمارية، والتي تُعدّل عمليات التكوين المُعية والموازَة.

Understanding CISC Processor Systems

وقد صُممت مجهزو رابطة الدول المستقلة، التي يتجلى فيها هيكل عام 1986 من Intel و AMD، لتنفيذ تعليمات معقدة تحشد عمليات متعددة منخفضة المستوى في تعليم واحد، وهذه الفلسفة الموازية تقلل من الفجوة الاصطناعية بين اللغات الرفيعة المستوى والرمز الآلي، وتبسّط تطوير المجمعات، وتمكين مجموعات التعليمات الغنية، وتستفيد النظم الإيكولوجية من عقود من التكييف البرمجي، والتوافق الرجعي، ومع القاعدة المركبة.

ما هي المعجلات التعليمية الآلاتية؟

ومحركات تسارع حركة تحرير الكونغو هي محركات حسابية متخصصة مصممة من الأرض حتى بالنسبة إلى عمليات خطية وخيمة تهيمن على تدريب الشبكة العصبية والاختبارات، أما الأشكال الثلاثة الأكثر شيوعا فهي:

  • Tensor Processing Units (TPUs): ] Google’s custom ASICs that deliver top throughput for TensorFlow workloads. Each TPU contains thousands of spec -multiply units and highbandwidth memory, optimized for both training and inference.
  • Field —Programmable Gate Arrays (FPGAs):] Reconfigurable logical fries that can be programmed to implement custom datapaths. Intel’s Stratix and Xilinx’s Alveo (now AMD) families allow data —center operators to tailor equipment to specific MLgurability, somewhat trading reconfiability
  • Application — Specific Integrated Circuits (ASICs):] Fixed — Ffunctions designed for a narrow set of operations. Examples include NVIDIA’s GPU‐-based accelerators (which, while not pure ASICs, incorporate dedicated tensor cores) and the Habana Gaudiors for training.

وتتقاسم هذه المعجلات السمات المعمارية المشتركة: التوازي الهائل، والتفاعلات بين الذاكرة ذات النطاق الترددي العالي، ودعم الخصم المختلط (FP16، BF16، INT8). وهي تفرغ عمليات الفرز المكثف من وحدة منع الحمل، مما يتيح لاستضافة لجنة الكومنولث المستقلة التركيز على تركيب البيانات، وتدفق السيطرة، و I/O.

How Integration Works

أوجه الترابط

وتستلزم عملية دمج معجلات حركة تحرير الكونغو في نظام رابطة الدول المستقلة ربطاً بينياً عالي التردد وذوي المستوى المنخفض، وأكثر الخيارات شيوعاً هي نظم PCI Express (PCIe) 4.0/5.0, CXL (Compute Express Link) ونسيجات سرية مثل جهاز NVIDIA ' s NVLink.

الاتساق الافتراضي وحركة البيانات

ومن التحديات الرئيسية تجنباً لرؤوس البيانات - المعلوماتية - في مسرع تقليدي مفصّل، يجب على وحدة منع الحمل أن تضع خطوطاً احتياطية للذاكرة وأن تصدر عمليات نقل المواد الخطرة، مع إدخال الحمولة، وتستلزم إقامة وصلات متماسكة محدثة (CXL، وIntel UPI، وAMD IF) تتيح للمعجلة القراءة والكتابة مباشرة للسجلات المتطورة للبرمجيات المتطورة، كما لو أنها محلية، مما يخفضة للبرمجيات المتطورة.

شركة " ساور " للبيع

ولا يكفي دمج البرمجيات إلا إذا كان يتعين على البرامجيات أن تنسق تقسيم العمل، كما أن المكتبات المفتوحة المصدر مثل تينسور فلو، وبيتورتش، وجهاز تشغيل نظام إنكس يبعد تفاصيل المعجل عن طريق مجمّع للرسوم البيانية الذي يرسم خرائط لعمليات الجهاز المناسب، وعلى مستوى النظام، فإن السائقين (مثلاً، جهاز التشغيل المفتوح للبرمجيات GPGAs، وAMD)

فوائد التكامل

  • (Enhanced Performance:] Accelerators deliver 10 - 100 x أعلى من ناتج عمليات المصفوفة من النهج القائمة على أساس كل من الاتحاد الأوروبي، وعلى سبيل المثال، تحقق مجهزة واحدة من طراز Intel Xeon Platinum 8380 ما يقرب من 2 TFLOPS من أداء FP32؛ وشبكة واحدة من طراز NVIDIA A100 من طراز GPU
  • Energy Efficiency:] ASICs and FPGAs consume far fewer wats per operation than general —purpose CPU cores. In data‐center settings, ML —acceleration tasks can be handled with 5-10 better FLOPS/wat, lowering total cost of ownership and carbon footprint.
  • Scalability:] Hybrid systems can be scaled horizontally (multiple accelerators per CPU) and columnly (clusters of such nodes). Memorypooling and coherent fabrics enable dynamic resource allocation, where a pool of FPGAs or TPUs serves inference requests from many CPU hosts.
  • Flexibility:] CISC processors retain their versatility for legacy applications, while accelerators handle the emerging ML-L workload. This dual-purpose capability allows organizations to gradually transition to AI-driven workflows without replace existing infrastructure.

التحديات في مجال التكامل

التوافق والقابلية للتشغيل المتبادل

(ب) ضمان الاتصال السلس بين المعجلات والنظم الإيكولوجية التابعة للجنة المستقلة المعنية بمصائد الأسماك غير قابل للتداول، ويستخدم كل بائع معجل نموذج ذاكرته الخاص به، ومجموعة التعليمات، ومجموعة مواد السائقين، فعلى سبيل المثال، تتطلب أجهزة برنامج البيانات العالمي مكتبات مجهزة بممتلكات، بينما لا تزال شركة AMD ROCm مفتوحة المصدر، ولكن موزعة دعماً لأطر معينة، وتهدف هذه الأجهزة إلى إزالة البرمجة من خلال نظام غلافين.

البرمجة

ومن الصعب وضع مدونة للكتابة تستخدم بكفاءة وحدة مكافحة الاحتكارات التابعة لرابطة الدول المستقلة ومعجلة، ويجب على المطورين فهم رسوم تدفق البيانات، وتسلسل هرميات الذاكرة، وقدرات الأجهزة، وحتى مع وجود أطر عالية المستوى مثل تينسور فلو، أو وضع الكينول دون الأوقيانيد أو أنماط جمع البيانات يمكن أن تبطل مكاسب الأجهزة.

تعقيد التكاليف والتصميم

فإضافة نظام معجل يزيد من حجم المبيعات بمئات إلى آلاف الدولارات لكل عقد، وتقتصر ميزانيات الممرات الخاصة بمركبات PCIe على عدد محدود؛ وقد تؤدي إضافة مسرعات متعددة إلى تداولات (مثلاً، عدد أقل من وحدات تنمية القدرات في مجال الطاقة) ويجب أن تستوعب قدرة التصميم الحراري التي تُرفع من مستوى أعلى في حجم المصانع - وهو مجلس واحد واحد من وحدات إطلاق المركبات يبلغ 400 ميغاواط.

التفريط في البرامجيات

إن الطابع السريع لأطر القانون النموذجي يعني أن الدعم المعجل كثيرا ما يتخلف عن العمليات الأخيرة، وقد لا يكون لوظيفة جديدة للتفعيل أو نوع من الطبقات أن يكون لها نموذج تمثيلي متقن لنموذج معين من نوع FPGA أو ASIC، مما يرغم وحدة منع الجريمة من الاختفاء القسري، وهذا التجزؤ يؤدي إلى زيادة الصيانة ويمكن أن يبطئ من اعتماد نماذج التقارب بين الجنسين.

التنفيذات العالمية الحقيقية

Intel Xeon + FPGA

)أ( المجهزون الذين يعملون في شركة إنتل شيون مع مجموعة من شركات التأمين المدمجة )مثلا، شبكة إنتل شيون بلاتينوم ٨٥٨٠ + مجموعة بيانات FPGA AI Suite( يسمحون للزبائن بنشر معلومات عن الشبكة العصبية لكشف الغش الحقيقي أو تحليله للفيديو، وترتبط هذه الشبكة بمؤشرات متماسكة على تحسين أسعار الفينول الخماسي الكلور، وتقوم بتنفيذ نماذج متطورة في الوقت الحقيقي)٤(.

AMD EPYC + Alveo

وتستخدم مجهزات برنامج العمل البيئي التابع للرابطة، مقرونة بمعجلات " زيلينكس " (الآنا الآن) للآلفيو، PCIe 4.0، كما تستخدم مكتبة برامجيات مصممة خصيصاً تستخدم في تشغيل نظام " Xilinx Runtime " (XRT) مفتوح المصدر، وفي الخدمات المالية، يستخدم هذا الجمع في نموذج المخاطر: يتعامل مع شركة " EPYC " Monte Carlo simulations- في حين يقوم " بمقارنة مع نماذج المصفوفتر بنماثل " .

NVIDIA Grace Hopper

ويدمج جهاز غسيل هوبر التابع للنافيديا وحدة مصفحة ذات قاعدة 72 مجهزة بالأسلحة الرئيسية (Grace) مع وحدة من نوع هوبر GPU (H100) عن طريق وصلة ذات نطاق عال من شبكة NVLinkC2C، بينما تستخدم غريس RISC - مثل الوكالة الدولية للطاقة الذرية بدلا من مركز كومنولث الدول المستقلة، فإن الهيكل يوضح الاتجاه نحو تضييق نطاق التردد GVUCwil.

ASIC + x86 في مراكز البيانات السحابية

ويوزع كبار مقدمي السحب أجهزة الاسترجاع الآلي إلى جانب أجهزة تصنيع شركة إنتل شيون أو شركة AMD EPYC، وتربط هذه الأجهزة بأجهزة تجميع الطاقة في إطار نظام غوغل (U) V4، وذلك باستخدام أجهزة تجميعية عالية السرعة في أجهزة الاستيعاب (PCI) (وتكون البرمجيات التي تستخدمها شركة " تينسورفل " (E) (AWS Inferentia) مدمجة حسب الأولوية)

تحديد المعايير والنظر في الأداء

ومن أجل تقييم النظم المتكاملة، يستخدم الممارسون مقاييس تتجاوز الملوثات العضوية الثابتة الخام، وينتهي من الانهاء (الإفادات في الثانية)، والمواجيز التي تُستخدم في تخلف العجلات، والكفاءة في استخدام الطاقة (الإسقاطات لكل خندق) كنموذج للغطاء الدقيق، فإن الإثراء التراكمي في جهاز إنتيل وحده قد يحقق 200 استنتاج/سموم من عوامل تحويل المقياس التراكمي البالغ الصغر؛

وتشمل المعايير القياسية مثل الاستدلال في حركة تحرير الكونغو (من شركات حركة تحرير الكونغو) الآن فئات لنظم تحديد الحوافات ونظم مركز البيانات مع التعجيل بالتنوع، ويقدم البائعون نتائج تبين فعالية مجموعات صانعي المواد الكيميائية - المتلقية، وفي عام 2024، كثيرا ما تستخدم أعلى العروض لتصنيف الصور ونظم كشف الأجسام بعشرات المعجلات لكل وحدة من وحدات منع الحمل، مما يدل على حجية التدرج.

اعتبارات التصميم لاعتماد النظم المتكاملة

تحليل عبء العمل

ولا تستفيد كل مهمة من مهام وزارة الزراعة على قدم المساواة من التكامل المعجل، فالنموذجات التي تقارن وأنماط الوصول إلى الذاكرة (الشبكات التعاونية والمحولات) ترى أكبر المكاسب، وعلى العكس من ذلك، فإن النماذج التي هي نماذج للذاكرة (مثل الشبكات العصبية التي تتضمن بيانات عن العزل) قد لا تستخدم المعجلة بكفاءة بل قد تعاني من زيادة الرؤوس المعمارية على السواء.

ميزانية القوة والثغرات

وكثافة الطاقة في مركز البيانات مصدر قلق متزايد، وكثيرا ما تتطلب المعجلات مزيدا من التبريد: فبعض أجهزة القياس العالي جدا تتطلب التبريد السائل، وإذا تجاوز مظروف الطاقة الكلية قدرة المرفق، فإن التوسع في استخدام وحدات الاستهلاك المكلورة قد يكون أكثر عملية، فالتصميمات المتكاملة التي تتقاسم سكة طاقة واحدة (مثل مجهزي أجهزة التليفزيون ذات الترددات العالية التي تحتوي على وحدة متكاملة من حيث الكفاءة في استخدام الطاقة).

نضج البرامجيات

:: تقييم مدى نضج مجموعة البرامجيات لمسارعكم المختار، وهل تدعم أطر العمل المتعددة اللغات؟ وهل هناك عوامل إنتاجية مؤثرة في التسامح مع الأخطاء والارتقاء الدينامي؟ وترى هذه المجموعة من البرامجيات أن من الصعب أن تُحدِّث في الوقت الحقيقي ساعات العمل، وأن التصنيفات الجمركية ووحدات التخطيط التقني عادة ما تكون لها أوقات تجميع أسرع ولكن أقل مرونة.

في المستقبل

وتتطور تكنولوجيا المعجلات بسرعة، إذ ستزيد هذه المركبات من عرض النطاق الترددي وستزيد من معدل الضمادات وستمكن من تداول الذاكرة عبر مسرعين متعددين، وقد تصبح قدرة CXL على ربط مجموعة من الذاكرة في آن واحد يمكن أن يتاحها اتحاد المستهلكين والمعجلات محلل للألعاب لتدريب نموذجي واسع النطاق، وعند الاستثمار، تختار الاتصالات القائمة على المعايير ونماذج البرمجة المفتوحة لتجنب قفل البائعين.

الآفاق المستقبلية

والمسار واضح: ستتحول نظم المتلقين الهجينة التابعة لرابطة الدول المستقلة إلى القاعدة في مراكز البيانات العالية الأداء، بل وحتى أجهزة الحواف، وتقدّم تكنولوجيا التغليف، مثل البطاطس وسلسلة التعبئة المتماسكة من وحدات التعبئة المتعددة المؤشرات، وتموت المعجلة للإقامة في نفس المجموعة، مما يقلل من الحماسة والقوى.

وتتطور أطر البرمجيات لمعالجة المعجلات كمواطنين من الدرجة الأولى، كما أن ارتفاع اللغات المحددة للمجالات (مثلاً، التريتون، التلفاز، والتمثيل الوسيط الموحد (MLIR) سيخفض الحاجز بالنسبة للمطورين، وبالإضافة إلى ذلك، فإن نماذج اللغات الكبيرة ستدفع إلى الحد من الذاكرة المعجلة، وتحفز الابتكارات في عمليات التحميل والتصنيع.

وبالنسبة للمنظمات التي تقوم بتحمل أعباء عمل كبيرة في مجال مكافحة غسل الأموال، فإن قرار دمج المعجلات في البنية الأساسية الخاصة بها لم يعد مسألة " إذا " بل " كيف " ، وذلك عن طريق تقييم الفوائد - الأداء والكفاءة والقابلية للتصعيد - مع تحديد التحديات - والتعقيد والتجزؤ - وبعد مبادئ التصميم المبينة أعلاه، يمكن للمهندسين أن يبنيوا نظماً جاهزة للتطور المقبل في رابطة الدول المستقلة.