In response to innovations in machine learning (ML) models, production workloads changed radically and rapidly. TPU v4 is the fifth Google domain specific architecture (DSA) and its third supercomputer for such ML models. Optical circuit switches (OCSes) dynamically reconfigure its interconnect topology to improve scale, availability, utilization, modularity, deployment, security, power, and performance; users can pick a twisted 3D torus topology if desired. Much cheaper, lower power, and faster than Infiniband, OCSes and underlying optical components are <5% of system cost and <3% of system power. Each TPU v4 includes SparseCores, dataflow processors that accelerate models that rely on embeddings by 5x-7x yet use only 5% of die area and power. Deployed since 2020, TPU v4 outperforms TPU v3 by 2.1x and improves performance/Watt by 2.7x. The TPU v4 supercomputer is 4x larger at 4096 chips and thus ~10x faster overall, which along with OCS flexibility helps large language models. For similar sized systems, it is ~4.3x-4.5x faster than the Graphcore IPU Bow and is 1.2x-1.7x faster and uses 1.3x-1.9x less power than the Nvidia A100. TPU v4s inside the energy-optimized warehouse scale computers of Google Cloud use ~3x less energy and produce ~20x less CO2e than contemporary DSAs in a typical on-premise data center.


翻译:针对机器学习模型的创新,生产工作负载发生了根本性和快速的变化。TPU v4是Google第五个领域特定体系结构(DSA),也是第三个用于这种机器学习模型的超级计算机。光电电路交换机(OCSes)动态重构其互联拓扑结构,以改善规模扩展性,可用性,利用率,模块化,部署,安全性,功率和性能;用户可以选择扭曲的3D环形拓扑,如果需要的话。OCSes和底层光学元件比Infiniband便宜,功耗低,速度更快,其成本占系统成本的<5%,系统功耗的<3%。每个TPU v4都包括SparseCores,这是一种数据流处理器,可以将依赖于嵌入式系统的模型加速5x-7x,但仅使用5%的芯片面积和功耗。自2020年以来,TPU v4的性能比TPU v3提高了2.1倍,并将性能/瓦提高了2.7倍。TPU v4超级计算机由4096个芯片组成,比原来的系统大4倍,因此总体速度约快了10倍,这与OCS的灵活性一起帮助了大型语言模型。对于相似大小的系统,它比Graphcore IPU Bow快约4.3x-4.5x,在性能和功耗方面比Nvidia A100快1.2x-1.7x,功耗少1.3x-1.9x。Google Cloud的能源优化仓库规模计算机中的TPU v4使用的能源约为当代DSA典型本地数据中心的3倍,产生的CO2e约少20倍。

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