谷歌TPU系统级设计碾压英伟达:1.2TB/s光速互联+3D魔方架构

前谷歌TPU核心工程师揭秘,铁木芯片靠1.2TB/s光互连和4x4x4魔方架构吊打英伟达,FP8精度够用不卷FP4,未来三年将颠覆AI算力格局,英伟达的InfiniBand和BlueField或成历史!


铁木芯片的终极杀招:1.2TB/s双向光互连,英伟达的InfiniBand瞬间变古董!

这位前谷歌大神一上来就甩出了王炸——谷歌最新的TPU铁木架构,其核心优势根本不是什么单芯片算力,而是它那套逆天的“ICI”系统!

啥是ICI?全称是Inter-Chip Interconnect,也就是芯片间的互连技术。(芯片集群)
听起来平平无奇?那你可就大错特错了!这套系统在千卡、万卡级别的超大规模集群里,能提供高达1.2TB/s的双向带宽!注意啊,是“双向”,而且是“每节点”!

这是什么概念?咱们来对比一下。

英伟达那边,目前的顶级方案,比如基于Blackwell架构的GH200超级芯片,它搞的是NVLink + NVSwitch + InfiniBand Ethernet这么一套组合拳。听着挺高大上对吧?但问题就出在这“组合拳”上!当你把规模扩大到72块、576块的时候,还能勉强维持高性能,但一旦你真想上到几千甚至几万块芯片,这套方案就会遇到瓶颈!

为啥?因为中间那个“Switch”环节,就是那个NVSwitch,它就像高速公路的收费站,车多了就得排队!数据流到了这里,速度就会断崖式下跌,性能损耗巨大!

而谷歌的铁木呢?人家根本不玩这套!它的设计理念就是“去中心化”,每个芯片都是平等的,没有主次之分,也没有任何中间的“开关”或者“路由器”来拖后腿!每个芯片都通过光学电路,直接跟它的六个邻居“手拉手”连接!

想象一下,这就像是在一个三维空间里,每个小方块都跟上下左右前后六个方向的邻居直接对话,没有任何中介!

这种架构带来的好处就是,无论你扩展到多大规模,每个芯片的带宽都是恒定的,不会随着规模增大而衰减!这就是为什么谷歌敢说,他们的1.2TB/s是“常量”,而不是“变量”!这简直就是为AI大模型训练量身定做的完美架构!

相比之下,英伟达那套依赖InfiniBand的方案,在超大规模场景下,简直就是龟速爬行!难怪这位前谷歌员工会直言:“InfiniBand太麻烦了,太痛苦了!”这话可不是随便说的,背后是无数工程师被InfiniBand的复杂配置和调试折磨得死去活来的血泪史啊!



4x4x4魔方架构+纯光传输:谷歌的黑科技,让英伟达的液冷都显得多余!

接下来,咱们聊聊铁木芯片的物理实现,这才是真正让人拍案叫绝的地方!这位前谷歌工程师透露,铁木芯片并不是像传统服务器那样堆叠在一起,而是运行在一个“4x4x4”的立方体结构里!

什么意思?简单来说,就是把芯片像搭积木一样,堆成一个四层、四列、四排的立体魔方!在这个三维空间里,芯片之间的通信,主要依靠的是“纯光学收发器”!没错,就是光纤!光信号!

这玩意儿有多牛?
首先,速度极快,延迟极低,几乎可以忽略不计!
其次,功耗极低,发热也少,非常适合大规模部署!

当然,为了保证稳定性和兼容性,谷歌也保留了一部分铜线连接,但这只是辅助,真正的主角还是光学传输!

更绝的是,谷歌在这套系统里还玩了一个“光学电路交换”的魔法!什么叫光学电路交换?你可以把它想象成一个智能的“光路调度员”。当两个芯片需要通信时,这个“调度员”会瞬间在它们之间开辟一条专属的、高速的“光通道”,通信结束后再关闭。

这样做的好处是,避免了传统网络中“广播”或“路由”带来的效率低下和资源浪费!整个系统就像一个巨大的、由光构成的神经网络,数据在其中自由流动,畅通无阻!

这种架构的精妙之处在于,它彻底摆脱了对“交换机switch”和“路由器router”的依赖!

传统的数据中心,无论是英伟达的方案,还是其他厂商的方案,都离不开各种各样的“Switch”,这些Switch不仅昂贵,而且复杂,维护起来头疼死了!
而谷歌的这套“统一光平面”架构,直接把这些烦人的东西都扔掉了!未来,像NVIDIA的BlueField这样的智能网卡,可能真的要变成博物馆里的展品了!

当然,这位前谷歌员工也说了,这个转变不会一蹴而就,毕竟现在整个行业都习惯了NVLink、NVSwitch、InfiniBand、Ethernet这一套东西,大家用顺手了,改变起来需要时间!但趋势已经很明显了,谁掌握了“光”和“三维”,谁就掌握了未来AI算力的主动权!



FP8精度够用,FP4留给英伟达当冠军!谷歌赢的是系统级效率,不是纸面参数!

聊完硬件架构,咱们再来看看软件和算法层面。

很多吃瓜群众都在关心一个问题:英伟达的Blackwell架构支持FP4精度,这可是目前业界最低的精度,意味着更高的算力密度和更低的功耗!

那谷歌的TPU铁木呢?会不会在这方面落后?答案是:谷歌根本不在乎!这位前谷歌工程师一针见血地指出,谷歌的策略非常清晰:他们认为FP8精度对于绝大多数AI工作负载来说,已经完全足够了!他们追求的不是在“最低精度”这个单项指标上跟英伟达死磕,而是要在“系统级效率”上全面碾压!

这是什么意思?举个简单的例子。

假设你有一个任务,用FP4精度跑,可能只需要100个计算单元,但因为精度太低,你需要反复迭代、校验,甚至重启实例,整体耗时反而更长!
而用FP8精度跑,虽然单次计算单元多一点,但因为精度更高,稳定性更好,一次就能成功,总耗时反而更短!

这就是谷歌的“系统级效率”思维!他们不跟你比谁的芯片跑得更快,而是比谁的整个系统跑得更稳、更省电、更省钱!

所以,谷歌干脆就把FP4这个“皇冠”让给了英伟达!让他们去当那个“精度之王”好了!反正谷歌自己心里有数,等哪天市场真的需要FP4了,他们随时都能推出来,而且性能只会更强!

这种“以退为进”的战略,简直是教科书级别的商业智慧!这也解释了为什么谷歌的TPU在实际应用中,尤其是在谷歌自家的搜索、广告、YouTube等业务中,表现如此出色,因为它不是为了跑分而生,而是为了“干活”而生!



台积电是唯一瓶颈?谷歌的议价能力远超想象,博通和高通都不是对手!

最后,咱们来聊聊供应链和生态。

很多人担心,谷歌的TPU虽然牛,但最终还是要靠台积电来生产,而台积电的产能是有限的,这会不会成为谷歌的阿喀琉斯之踵?这位前谷歌员工承认,台积电确实是一个潜在的瓶颈,但他同时强调,这并不影响谷歌在行业中的主导地位!为什么?因为他看到了一个更重要的趋势:谷歌正在通过构建自己的TPU生态系统,逐步摆脱对单一供应商的依赖,并且开始向外部合作伙伴输出技术和标准!

具体来说,谷歌现在已经开始跟一些第三方厂商合作,共同开发基于TPU架构的加速器产品。

这意味着,谷歌不再仅仅是“使用者”,更是“规则制定者”!它可以通过开放API、提供参考设计等方式,引导整个行业朝着自己设定的方向发展!在这种情况下,即使是像博通、高通这样的巨头,在谷歌面前也只能乖乖听话!因为谷歌是目前除了英伟达之外,唯一一个能在AI加速器领域拥有完整自主知识产权和强大生态号召力的玩家!

换句话说,谷歌现在拥有的不仅仅是技术,更是一种“话语权”!它可以决定哪些技术会被采用,哪些标准会被推广,哪些合作伙伴能拿到蛋糕!这种议价能力和生态控制力,是任何一家芯片公司都无法比拟的!

所以,别看现在英伟达风光无限,但未来的AI算力江湖,很可能就是谷歌和英伟达双雄争霸的局面!而谷歌,正凭借其独特的架构和强大的生态,一步步逼近那个王者宝座!



英伟达的创新者窘境:Switch和BlueField或将被淘汰,光互联才是未来!

说到这里,我们不得不提一下英伟达面临的“创新者窘境”。

什么是创新者窘境?简单来说,就是当一个行业领导者过于依赖现有的成功模式和产品线时,往往会忽视新兴技术的颠覆性潜力,从而被后来者超越!这位前谷歌员工明确指出,英伟达目前就在面临这样一个困境!它的整个商业模式,很大程度上建立在NVLink、NVSwitch、InfiniBand以及BlueField智能网卡等一系列“传统”技术之上!这些技术在过去十年里为英伟达带来了巨大的成功,但现在,它们却可能成为阻碍其前进的绊脚石!

为什么这么说?因为正如我们前面分析的,谷歌的TPU铁木架构,通过“三维魔方+纯光传输”的方式,已经证明了“去Switch化”的可行性和优越性!

在未来,随着光通信技术的不断成熟和成本下降,越来越多的数据中心会选择这种更高效、更简洁、更易维护的架构!届时,英伟达那些昂贵的Switch和复杂的BlueField网卡,很可能会变得毫无用武之地!这就好比当年的柯达,明明掌握了数码相机技术,却因为害怕冲击自己的胶卷业务而迟迟不肯转型,最终被时代淘汰!

英伟达现在面临的,正是类似的挑战!它必须在“守护现有利润”和“拥抱未来技术”之间做出艰难的选择!而根据这位前谷歌员工的判断,英伟达很可能选择前者,因为后者涉及到巨大的内部调整和利益重组,难度太大!这样一来,谷歌就有机会在下一个技术周期里,彻底拉开与英伟达的差距,成为AI算力领域的真正霸主!



总结:谷歌TPU铁木的三大颠覆性创新,正在重塑AI算力的未来版图!

总而言之,通过这次深度访谈,我们可以清晰地看到,谷歌TPU铁木架构的真正威力,不在于某个单一的技术点,而在于它从底层架构到系统设计,再到商业策略的全方位创新!

第一,它用1.2TB/s的双向光互连和4x4x4魔方架构,彻底解决了超大规模集群的通信瓶颈,让英伟达的InfiniBand相形见绌!
第二,它用FP8精度和系统级效率的组合拳,避开了与英伟达在FP4精度上的正面竞争,实现了差异化制胜!
第三,它通过构建开放的TPU生态系统,掌握了行业的话语权和议价权,让台积电的产能瓶颈不再是致命伤!

这三大创新,环环相扣,层层递进,共同构成了谷歌在AI算力领域的护城河!

未来三年,随着铁木架构的不断完善和生态的持续扩张,我们有理由相信,谷歌将在这场AI算力的世纪大战中,扮演越来越重要的角色,甚至有可能改写整个行业的游戏规则!而对于英伟达来说,这无疑是一场严峻的挑战,它必须尽快找到应对之策,否则,黄仁勋的“AI教父”宝座,恐怕就要不保了!