ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第792回

大型言語モデルに全振りしたSambaNovaのAIプロセッサーSC40L　Hot Chips 2024で注目を浴びたオモシロCPU

HBMを搭載したSN40L
On ChipとOff Chipの速度差を減らすためにメモリーを3階層にする

　現在SambaNovaはSN10に代わり、このSN30をメインに据えてサービスを提供している。先程ALCFの説明スライドで示したように、ALCFにはSN10ベースのシステムに加えてSN30ベースのものが導入されている。また2023年3月には理研への導入が発表されたし、他にもいくつかの企業や研究所がSN30をベースとしたシステムを導入している。2023年11月には東京オフィスも開設された。

　また同社は2020年までにシード200万ドル、シリーズAで合計6330万ドル、シリーズBで1億5000万ドルと合計2億1530万ドルの資金をファンドなどから調達していたが、2020年2月には2億5000万ドルをシリーズCで、2021年4月には6億7600万ドルをシリーズDでそれぞれ調達している。このシリーズC/Dの資金で開発されたのがSN20/SN30と、今回説明するSN40Lである。

　SN10～30まではTSMC N7で製造されていたが、SN40LではTSMC N5に移行したほか、新たにHBMを64GB搭載した。引き続きOff Chip、つまりパッケージの「外」にDDR5を最大1.5TB接続できるが、SN30まではOn ChipのSRAMとOff ChipのDRAMの速度差が大きすぎるという問題があり、これへの対処としてメモリーを3階層にした格好だ。

　内部構造も少し変更になった。SN10～SN30まではPCUとPMUが別々に存在する形でメッシュを構成していたが、SN40LではPCUとPMUが一体化する形でメッシュを構成するようになった。

もともとSN10でPMUとPCUの間にスイッチを挟んだところで意味があるのか(つまりPCUが隣接しないPMUからデータを取り込むケースがどの程度あるのか)は不明だったが、こういう構造になったということはPMUとPCUが1:1で動作するケースがほとんどだったということだろう

　ただPMUのサイズは1個あたり0.5MBで、これはSN10～30までと変化がない。PCUの内部構造もSN10とほぼ同じに見えるし、PMUの方も表現こそ違うがSN10のものと基本的には変わらないように見える。

PCUの内部構造。サポートされるデータ型も同じ。強いてい追えば"Cross-lane reduction tree"は新しい気がする

PMUの内部構造。Fragmentable Scalar ALU Pipelineは、SN10で3つ直接に並ぶFU/PRのことに見えなくもない。ただWrite Data AlignmentなどはSN10にそれらしいものが見つからない

　ちなみに今回Top-Level Interconnectが公開されたが、この概念図を見る限りでは2つのダイからなるSN40Lは内部のメッシュを2つのダイで共有しているように見えなくもない。

Top-Level Interconnectの概念図。SN10～30と40Lでは実装が異なっているように見える

　ちょうどSapphire Rapidsが内部のメッシュを隣接するタイルまでEMIB経由で延長して、4タイルで1つの巨大なメッシュを構成していたが、SN40もそんな形に2つのダイにまたがる形で1つの仮想的なメッシュ/リングネットワークを構成しているようだ。

　下の画像はSambaNovaが今年5月に出した"SambaNova SN40L: Scaling the AI Memory Wall with Dataflow and Composition of Experts"という論文に記載されていた図であるが、RDUタイル同士をつなぐ縦方向のメッシュはそのままDie-to-Die I/F経由で隣接ダイにつながり、一方横方向のメッシュはTLN(Top Level Network)経由でやはりDie-to-Dieでつながる格好に見える。

ちなみにSN10～SN30まではRDUタイルあたり160 RDUコアだったが、SN40では260 RDUコアに変更されているようだ

　余談になるが、2つ上の画像にあるTop-Level Interconnectの概念図でP2Pと記載されている部分はおそらくイーサネットである。SN10世代ではSN10を2つ搭載するシャーシから、16本のQSFP28ポートが出ており、ここに100Gイーサネットをつなぐ構成になっている。

　つまりSN10が1個あたり、100GbE×8である。これがSN30になるとQSFP56×18になっており、SN30が1つあたり200GbE×9という構成である。ここから考えるとSN40Lでは、400GbE×10が出るという感じになるのではないかと想像される。