NvidiaのBlackwellとは？何がすごいの！？

NVIDIA Blackwell アーキテクチャ：生成AIと高速化コンピューティングの新時代

1. Blackwellの技術革新：産業革命を推進する力

NVIDIA Blackwellアーキテクチャは、生成AIと高速化コンピューティングにおける新たな産業革命のエンジンです。前世代のNVIDIA Hopperアーキテクチャを基盤に構築され、比類のないパフォーマンス、効率性、スケーラビリティを実現し、生成AIの新たな章を定義します。

1.1. 主要技術革新の詳細解説

Blackwellは、以下の主要技術革新により、前例のない性能と機能を実現します。

• 新クラスのAIスーパーチップ: カスタムビルドのTSMC 4NPプロセスを用いて製造され、2080億個のトランジスタを搭載しています。すべてのBlackwell製品は、10TB/秒のチップ間インターコネクトで接続された2つのレチクル限定ダイを、単一のGPUとして統合しています。
• 第2世代Transformer Engine: カスタムBlackwell Tensor Coreテクノロジーと、NVIDIA TensorRT-LLMおよびNeMo Frameworkの革新を組み合わせることで、大規模言語モデル（LLM）およびMixture-of-Experts（MoE）モデルの推論とトレーニングを高速化します。
  • MoEモデルの推論を強化するために、Blackwell Tensor Coreには、コミュニティ定義のマイクロスケーリングフォーマットを含む新しい精度が追加されています。これにより、高精度と、より大きな精度への容易な置き換えが可能になります。
  • Blackwell Transformer Engineは、マイクロテンソルスケーリングと呼ばれるきめ細かいスケーリング技術を利用して、パフォーマンスと精度を最適化し、4ビット浮動小数点（FP4）AIを実現します。これにより、メモリがサポートできる次世代モデルのパフォーマンスとサイズが2倍になり、高精度を維持しながら、より大規模なモデルの処理が可能になります。
• 安全なAI: BlackwellにはNVIDIA Confidential Computingが含まれており、強力なハードウェアベースのセキュリティにより、機密データとAIモデルへの不正アクセスを防止します。Blackwellは、業界初のTEE-I/O対応GPUであり、TEE-I/O対応ホストとNVIDIA NVLinkを介したインライン保護により、最高性能の機密コンピューティングソリューションを提供します。
  • Blackwell Confidential Computingは、暗号化されていないモードとほぼ同等のスループットパフォーマンスを実現します。企業は、機密性の高いAIトレーニング、推論、フェデレーテッドラーニングを安全に実現できることに加え、最大規模のモデルでも安全に保護できるようになりました。また、AIの知的財産（IP）の保護も強化されます。
• NVLinkとNVLinkスイッチ: エクサスケールコンピューティングと1兆パラメータのAIモデルの可能性を最大限に引き出すには、サーバークラスタ内のすべてのGPU間で迅速かつシームレスな通信が必要です。第5世代のNVIDIA NVLinkインターコネクトは、最大576個のGPUを拡張して、1兆および複数兆パラメータのAIモデルの高速化されたパフォーマンスを引き出すことができます。
  • NVIDIA NVLink Switch Chipは、1つの72-GPU NVLinkドメイン（NVL72）で130TB/秒のGPU帯域幅を実現し、NVIDIA Scalable Hierarchical Aggregation and Reduction Protocol (SHARP) FP8サポートにより、4倍の帯域幅効率を実現します。NVIDIA NVLink Switch Chipは、同じ1.8TB/秒のインターコネクトで、単一サーバーを超えたクラスタをサポートします。NVLinkを使用したマルチサーバークラスタは、増加するコンピューティングに合わせてGPU通信を拡張するため、NVL72は8-GPUシステム単体の9倍のGPUスループットをサポートできます。

1.2. 専用解凍エンジンによるデータ処理の高速化

• 解凍エンジン: データ分析とデータベースのワークフローは、従来、CPUに依存していました。高速化されたデータサイエンスは、エンドツーエンドの分析のパフォーマンスを劇的に向上させ、価値生成を加速すると同時にコストを削減できます。Apache Sparkを含むデータベースは、データ分析のために大量のデータを処理、処理、分析する上で重要な役割を果たします。
  • Blackwellの解凍エンジンと、高速リンクを介してNVIDIA Grace CPUの大容量メモリ（900GB/秒の双方向帯域幅）にアクセスできる機能により、LZ4、Snappy、Deflateなどの最新の圧縮形式をサポートし、データ分析とデータサイエンスで最高のパフォーマンスを実現するためのデータベースクエリのフルパイプラインを高速化します。

1.3. RASエンジンによるインテリジェントな回復力

• RASエンジン: Blackwellは、ダウンタイムを最小限に抑えるために、発生する可能性のある潜在的な障害を早期に特定するための専用の信頼性、可用性、保守性（RAS）エンジンにより、インテリジェントな回復力を追加します。NVIDIAのAIを搭載した予測管理機能は、ハードウェアとソフトウェア全体で数千のデータポイントを継続的に監視し、全体的な健全性を把握することで、ダウンタイムと非効率性の原因を予測し、阻止します。これにより、時間、エネルギー、コンピューティングコストを節約するインテリジェントな回復力が構築されます。
  • NVIDIAのRASエンジンは、懸念事項のある領域を特定し、メンテナンスを計画できる詳細な診断情報を提供します。RASエンジンは、問題の原因を迅速に特定することでターンアラウンドタイムを短縮し、効果的な修復を促進することでダウンタイムを最小限に抑えます。

1.4. NVIDIA GB200 NVL72: リアルタイムの1兆パラメータモデルを実現

NVIDIA GB200 NVL72は、ラック規模の設計で、36個のGB200 Grace Blackwell Superchipを36個のGrace CPUおよび72個のBlackwell GPUと接続します。GB200 NVL72は、単一の巨大なGPUとして機能する72-GPU NVLinkドメインを備えた水冷式ソリューションであり、1兆パラメータの大規模言語モデルのリアルタイム推論を30倍高速化します。

2. Hopperとの比較: Blackwellの進化を明確に

Blackwellは、Hopperと比較することで、その進化の度合いをより明確に理解できます。以下に、BlackwellとHopperの主要な違いをまとめた表を示します。

Blackwellは、Hopperと比較して、以下のような点で優れています。

• トランジスタ数の増加: BlackwellはHopperよりもはるかに多くのトランジスタを搭載しており、これにより、より複雑な計算をより高速に処理することができます。
• 第2世代Transformer Engine: Blackwellの第2世代Transformer Engineは、HopperのTransformer Engineよりも高度であり、LLMおよびMoEモデルの処理を大幅に高速化します。
• 専用解凍エンジンの搭載: Blackwellには、Hopperにはない専用解凍エンジンが搭載されており、データ処理が大幅に高速化されています。これは、大規模なデータセットを扱うデータ分析やデータサイエンスの分野で特に重要です。
• エネルギー効率の向上: BlackwellはHopperよりもエネルギー効率が大幅に向上しており、同じ処理能力で消費電力を抑えることができます。これは、運用コストの削減に貢献します。
• 機密コンピューティングの強化: BlackwellはHopperよりも機密コンピューティングの機能が強化されており、企業は顧客データのプライバシーを保護しながら、AIを活用したサービスを安心して提供することができます。

3. Blackwellの利点: 様々な分野に革命を起こす

Blackwellは、以下のようないくつかの利点をもたらします。

• リアルタイムの1兆パラメータモデルの利用: Blackwellの処理能力向上により、リアルタイムで1兆パラメータモデルを利用することが可能になります。これは、これまでは不可能だった規模のAIモデルを扱うことができ、AIの新たな可能性を切り開くことを意味します。
  • 例えば、医療分野では、リアルタイムで患者の状態を分析し、より迅速かつ正確な診断が可能になります。
• データ処理の高速化: Blackwellの専用解凍エンジンは、最大900GB/秒の帯域幅を提供し、データベースクエリの処理速度を大幅に向上させます。これにより、企業は膨大なデータをより迅速に分析し、ビジネス上の意思決定を迅速化することができます。
  • 例えば、金融分野では、リアルタイムで市場データを分析し、より精度の高い投資判断を下すことが可能になります。
• 機密性の高いAIワークロードの保護: Blackwellは、ハードウェアベースのセキュリティとTEE-I/Oの統合により、機密性の高いAIモデルを保護します。これは、企業が顧客データのプライバシーを保護しながら、AIを活用したサービスを安心して提供できることを意味します。
  • 例えば、個人情報を含む医療データや金融データを扱うAIアプリケーションにおいて、Blackwellはデータの機密性を確保しながら、高性能なAI処理を実現することができます。

4. まとめ: AIと高速化コンピューティングの未来を形作る

Blackwellは、AIと高速化コンピューティングの未来を形作る、画期的なGPUアーキテクチャです。その革新的な技術は、様々な分野に革命を起こし、私たちの世界を大きく変える可能性を秘めています。

• Blackwellは、Hopperと比較して、トランジスタ数、処理速度、メモリ容量、エネルギー効率など、あらゆる面で大幅な進化を遂げています。
• 専用解凍エンジンの搭載により、データ処理が劇的に高速化され、大規模なデータセットを扱うAIアプリケーションのパフォーマンスが大幅に向上します。
• 強化された機密コンピューティング機能により、企業は顧客データのプライバシーを保護しながら、AIを活用したサービスを安心して提供することができます。

Blackwellは、生成AI、大規模言語モデル、高速化データ分析、科学計算など、様々な分野で活躍が期待されています。今後、Blackwellを搭載した製品が市場に投入されることで、AIの進化がさらに加速していくと考えられます。