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算力已非瓶頸 記憶體才是邊緣AI真戰場
新電子林宗輝
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滿拓科技創辦人暨技術長吳昕益替邊緣AI落地劃下指標:每秒15個token。這個數字揭開的不只是速度問題,而是從模型壓縮到晶片架構的整套落地工程,也點出邊緣AI真正的瓶頸所在。

吳昕益是台灣大學電機學士與碩士,清華大學資工博士。他從清大實驗室出來後於2018年創立滿拓科技,公司前四年做的是CNN影像辨識演算法,特色在於把演算法直接硬化為電路執行,不走一般GPU跑軟體的路線,因此推論速度極快。

2022年11月ChatGPT發布,整間公司遭遇一次根本性的技術轉向。吳昕益回憶,那時候的關鍵瓶頸已經不是算力,而是記憶體。大型語言模型的參數量讓記憶體容量與頻寬成為決定性限制,公司整個開發重心從解compute bound翻轉到解memory bound,過去幾年累積的模型壓縮方法被全部搬出來重新檢驗。

最終結果是:壓縮後的模型在99%的實驗中能維持原始精度,誤差控制在1%以內。他也給了一條經驗法則:最難壓的是語音模型,因為對精度的敏感度最高;最容易壓的是視覺模型,對數值落差的容忍空間比較大。

滿拓科技創辦人暨技術長吳昕益表示,邊緣AI真正的瓶頸所在不是速度,而是從模型壓縮到晶片架構的整套落地工程。

滿拓科技創辦人暨技術長吳昕益表示,邊緣AI真正的瓶頸所在不是速度,而是從模型壓縮到晶片架構的整套落地工程。

遊戲卡撐不住 邊緣三堂硬課

壓縮只是開端。模型壓完了,要部署到邊緣裝置上,這時才會撞到真正的系統層問題。

第一課來自硬體耐久度。早期滿拓為了壓低客戶成本,嘗試用消費級遊戲卡做24小時不間斷的地端推論。結果損壞率高到令人意外,硬體省下來的錢全部賠在維護工時上。吳昕益說,那次經驗讓團隊徹底認知到NVIDIA為什麼要把產品線分成消費級與工規級。

第二課更隱蔽。消費級遊戲卡沒有ECC(錯誤更正碼),少了這層保護,GPU在長時間高負載下真的會算錯。而算錯對AI模型訓練的後果是毀滅性的:梯度發散,十次訓練只有一次能收斂到可用的精度,算力直接打水漂。

第三課是記憶體頻寬的物理天花板。無論怎麼透過PCIe匯流排拓寬頻寬,單卡記憶體在100 GB/s附近就會撞牆。這個瓶頸一直到Apple Silicon出現才被打破——Apple把統一記憶體架構的頻寬從100 GB/s一路推到120、200,最高到800 GB/s。吳昕益說,現在每次接案,第一個問題都是問客戶「你有多少記憶體頻寬?」,再依此回推能跑幾個Agent、用什麼規模的模型。目前客戶端的典型配置是4到10個Agent,模型多為13B到30B的MoE架構,通常不只一台機器,而是多台協作。

工安卡十毫秒 雲端帳單難預估

記憶體頻寬的限制規定了模型能跑多大,但客戶選擇邊緣部署的理由往往不只是技術。

吳昕益的客戶定義的即時性不是100毫秒,而是10毫秒,因為應用牽涉工業安全。更硬的限制是合規:資料不能帶出工廠,帶出去就違規。「違規這件事跟技術無關,跟法律有關,不合規就不能用。」

另一個被低估的推力是持有成本。在地端部署,客戶只要算電費與設備費,攤提路徑清楚。在雲端,token用量不可控。吳昕益講了一個案例:某企業前兩個月用雲端API很滿意,等到各部門都開始用,成本立刻指數型上升。原因不只是用量增加,而是prompt沒下好、Agent操作失誤產生的垃圾結果,那些沒產出價值的token全部要付錢。愈來愈多企業因此開始自建地端機房,把可預測的電費與設備費,當成比不可預測的雲端帳單更划算的選擇。

壓縮組合拳齊發 晶片各有其偏好

壓縮不是選一個方法做完就好。量化、剪枝、知識蒸餾、Low-rank Factorization、Architecture Search,滿拓是全部同時上。但吳昕益反覆強調的不是壓縮方法本身,而是壓完之後必須做到hardware friendly:「高通的晶片有高通的喜好,聯發科的晶片有聯發科的喜好——你必須把模型的形狀剪成那個硬體很喜歡的樣子,速度才會變快。」不這樣做,壓縮後的效能反而比壓縮前更差。

實務上,非結構化剪枝因為效能增益不穩定,滿拓幾乎已經不做,主力放在半結構化與結構化剪枝。量化則從32 bit逐步壓低,搭配混合精度,利用硬體架構本身的特性去補回精度損失。公司研究過高通與聯發科不同世代NPU的架構特性,為每一種硬體設計不同的精度補償策略。「每一家公司的NPU每一代架構都不一樣,」吳昕益忍不住吐槽,「我們多麼希望有一個大一統的架構出現。」

快取搬家省錢 演算法直接刻進電路

GenAI時代最具體的挑戰之一,是context window持續膨脹。吳昕益觀察到,客戶對context window的需求從8K起跳,經過32K,到現在128K算底板、256K是標準、1M級距才算旗艦。在128K以上的規模,KV Cache的資料量會超過模型權重本身。而它叫Cache,意味著大部分時間只是偶爾用一下。

他特別澄清,KV Cache外部化這件事在TurboQuant論文出現之前就已經在做。「TurboQuant最大的貢獻不是演算法特別好,事實上後面有很多演算法比它更好,是它用數學很嚴謹地證明了這個方法有效。」

滿拓的技術路線走到最深處,是把演算法直接轉化為硬體電路。吳昕益說,公司追求的不只是傳統晶片設計的PPA(功耗、效能、面積),而是他們稱為Multi-Utilization的指標,連晶片每顆電晶體的使用率都要管到。變成RTL Core,讓客戶Tape Out自己的晶片;或者客戶不想走到Tape Out,就放在FPGA上執行。值得注意的是,公司內部約三分之一的RTL程式碼現在已經由AI協助產生。「AI在進步,我們的產出在進步,一間公司本來做不完的事情,現在做得完了。」

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