【對談】Nvidia 和 Google 都說護城河還在,但都承認它正在縮小
Google 每年資本支出一千零五億美元,Nvidia 拿下訓練與推論市場 68% 的份額——這兩個數字擺在一起,你大概就知道現在 AI 晶片圈有多燒。電腦歷史博物館把 Nvidia 首席科學家 Bill Dally 和 Google TPU 核心架構師,Google 副總裁 Norm Jouppi 拉上同一個舞台,由柏克萊大學電腦科學榮譽教授,Google 傑出工程師 Dave Patterson 主持,三個人從 1980 年代就認識,說起話來不客氣。外界一直在吵 GPU 和 TPU 到底有沒有越做越像,軟體護城河還算不算護城河,這波熱潮和過去幾次泡沫有什麼不同——這場對談把這些問題一次攤開來說。
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這場對談有五個值得說的地方。第一,這波熱潮為什麼不是泡沫,有具體的判斷依據。第二,GPU 和 TPU 看起來越來越像,但兩人都不同意,分歧在哪裡說得很清楚。第三,軟體護城河正在縮小,兩人都承認,但縮的速度和原因值得細看。第四,效能每年翻倍的來源快用完了,接下來靠什麼撐。第五,能源才是真正的瓶頸,不是晶片也不是記憶體。合起來的意思是:這個行業現在還在高速跑,但跑法要變了。
◎這次不是超級電腦熱,是真的有人買單
Bill Dally 做了一個很直接的對比。1990 年代超級電腦熱潮,背後是美國國防高等研究計畫署的補貼,下游市場根本不存在,Thinking Machines 這類公司最後幾乎全倒。那時候的應用是幾百萬行的老程式,你把某個運算核心加速了,其餘 99% 沒加速的部分還是會把你拖死。現在不一樣。Transformer 架構(當前大型語言模型的基礎結構)相對簡單,加速幾個核心運算就能讓整個模型跑快,而且需求是真實的商業需求,不是政府補貼撐起來的幻覺。Norm Jouppi 補了一個數字:Google 明年資本支出一千零五億美元,其他幾家大公司投入的規模類似。這不是在說好聽話,這是在說誰在付帳。
◎GPU 和 TPU 不一樣,但不一樣的地方不在你以為的地方
有人說兩者已經收斂成同一種設計:最大的運算晶片,外圍塞滿高頻寬記憶體 HBM,再用最快的連接介面串起來。Bill Dally 和 Norm Jouppi 都不買帳,但理由很有意思。Norm 說 TPU 從第二代開始就把自己定位成超級電腦,一開始就有 3D 環形網路(一種讓大量晶片高效互相溝通的連接拓撲),沒有走過 GPU 那種從遊戲繪圖機慢慢加功能的路,所以沒有歷史包袱。Bill 則說 Nvidia 有 68% 的市場份額,代表它要讓幾百個客戶都滿意,硬體裡有很多為了不同客戶需求塞進去的功能。他說他有點羨慕 TPU 只要服務一個客戶(Google 自己)的處境。這句話說得很坦白——規模大了,反而不自由。
◎軟體護城河正在被填平,兩人都這樣說
過去 Nvidia 靠 CUDA(一套讓開發者把 GPU 當通用運算工具使用的程式環境,2006 年推出)和多年調校的函式庫建起一道軟體護城河,競爭對手就算拿到晶片也很難在軟體上追上來。但 Bill Dally 說,如果你手上有那個函式庫的規格文件,現在叫 Claude 去重寫一個,難度已經不高了。Norm Jouppi 同意。兩人的結論一致:護城河還在,但越來越淺,AI 程式碼生成工具正在把它填平。這對 Nvidia 來說是個值得正視的訊號,因為軟體生態一直是它被認為最難複製的優勢之一。
◎效能每年翻倍,但低精度這顆果子快摘完了
Bill Dally 說,從 2012 年的 Kepler 架構算起,Nvidia GPU 的 AI 運算效能每年大約翻一倍,14 年下來,其中只有 3 倍來自製程進步,其餘靠的是把運算精度從 FP32 一路壓到 FP8,FP4(數字越小代表每次運算用的位元數越少,速度越快但精度越低),以及稀疏性(利用神經網路大量數值接近零的特性跳過無效運算)等架構創新。但他也說,精度這條路快走到底了,接下來要靠稀疏性,電路設計,記憶體局部性等其他方向繼續撐,他估計還有四到五個世代的空間,說完自己加了一句:然後我就可以退休了。
◎最大的瓶頸不是晶片,是電
現場觀眾投票,最多人選的瓶頸是能源供應。Norm Jouppi 解釋,現在有人在談蓋一千百萬瓦甚至五千百萬瓦的資料中心,問題是輸電線的環評很難過,社區不歡迎大型電塔,所以很多大型雲端業者轉向在資料中心現場自建電力,用風能和太陽能。但太陽能晚上沒有,風能不穩定,儲能又是問題。他提到熱能電池(一種用熱能儲存電力,成本比鋰電池低的技術)有一些進展。天然氣雖然便宜,但碳排放是問題。核能被提到了,他的評語是:即使加上碳封存,天然氣的每度電成本還是很難被核能打敗。這個問題沒有乾淨的答案,但它是真正的限制,不是晶片產能,不是記憶體。
看完這場,你可以得到一個很清楚的結論:這波 AI 熱潮的競爭,早就不只是誰的晶片跑得快。系統整合能力,能源取得,對未來模型走向的判斷,這些才是真正的差距所在。Nvidia 和 Google 都說自己有優勢,但兩人都承認軟體護城河在縮小,效能提升的低垂果實快摘完了,接下來要爬得更高才能繼續往前。這個行業還在高速跑,但跑法確實要變。
說明這波 AI 硬體熱潮與 1990 年代超級電腦熱潮的三項根本差異:真實經濟需求,應用相對簡單易於加速,沒有數十年的老舊程式碼包袱。
以淘金熱比喻說明生態位:找到垂直應用的人是淘金者,Nvidia 與 Google 是賣鏟子的,記憶體廠商(以 Micron 為例)則是兩邊都在收錢的地主。
說明過去 14 年 Nvidia GPU 每年約達到 2 倍效能提升,其中只有 3 倍來自製程進步,其餘來自數值精度,稀疏性等架構創新;並指出低精度這顆果子快摘完了。
討論軟體護城河是否還在:兩人均同意,隨著 AI 程式碼生成工具進步,過去靠多年調校累積的函式庫優勢正在縮小,護城河「正在被沙填平」。
指出 Mixture of Experts(混合專家模型,一種讓不同子網路分工處理不同輸入的模型架構)對互連頻寬與低延遲的需求,是驅動最新一代 TPU 板卡設計的關鍵因素。
針對量子運算對 AI 的影響給出明確判斷:量子運算是大運算量,小資料的機器,AI 恰好相反,因此量子運算對 AI 訓練或推論不會有可量測的影響。
給年輕電腦架構師的三點建議:精通一個垂直領域,保持對電腦技術的廣度理解,把 AI 當成工作夥伴;並強調手工邏輯設計技能今日已無價值,重點是知道要設計什麼。
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