Neue Prozessorarchitektur in Silizium

Nuvia will Intel das Fürchten lehren

| Autor: Michael Eckstein

Intel Nervana NNP: Nuvia will auch Intels Deep-Learning-Prozessor angreifen.
Intel Nervana NNP: Nuvia will auch Intels Deep-Learning-Prozessor angreifen. (Bild: Intel Corporation)

Ehemalige hochrangige Apple- und Google-Ingenieure wollen mit einem grundlegend neuen Prozessor den Datacenter-Markt aufmischen. Dazu haben sie das Unternehmen Nuvia gegründet und aus dem Stand 53 Millionen Dollar Wagniskapital eingeworben.

Potente Startups (s.u.) aber auch Player wie Fujitsu und Huawei adressieren mit innovativen Ansätzen und neuen Ideen für Prozessoren beziehungsweise Akzeleratoren den Datacenter-Markt. Jüngstes Beispiel: Nuvia. Das erst Anfang 2019 gegründete Startup will bestehende Designs für Siliziumchips über Bord werfen und von Grund auf („Clean Sheet Architecture“) eine neue Klasse von Prozessoren entwickeln, die „die Performance und Energie-Effizienz liefern, die für die nächste Ära des datengetriebenen Computings nötig ist“.

Angedacht ist ein Server-taugliches System-on-Chip (SoC) mit selbst entwickeltem CPU-Kern. Viel mehr Details sind bislang nicht bekannt, die Firma hält sich bedeckt.

Die Anforderungen an Rechenzentren ändern sich

Tatsache ist, dass sich die Anforderungen an Rechenzentren massiv verändern. Und damit auch die zu bearbeitenden Rechenaufgaben. So gewinnt etwa das Thema Künstliche Intelligenz (KI) rasch an Bedeutung. Typische Server-Prozessoren wie der „Intel Xeon“-Chip sind für das Berechnen und Trainieren vielschichtiger Neuronaler Netze nicht optimal geeignet, weshalb zunehmend beispielsweise FPGA-gestützte Beschleuniger und spezialisierte Neuralprozessoren (Neurosynaptic Processor Unit, NPU) zum Einsatz kommen.

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Eine weitere Herausforderung: Steigende Rechenleistung darf nicht die Energie-Aaufnahme in die Höhe treiben. Schließlich ist das Wärmebudget in den Server-Räumen begrenzt. Gefragt sind also Prozessoren, die je nach Anforderung viel Leistung flexibel bereitstellen können und dabei möglichst wenig Strom verbrauchen.

Nuvia-CEO: „Leistungssprünge statt inkrementeller Verbesserung“

An dieser Stelle will Nuvia mit neuen Ideen punkten. Statt nur inkrementeller Verbesserungen bei Performance und Energie-Effizienz von einer zur nächsten Prozessorgeneration zu ermöglichen, will Nuvia-CEO Gerard Williams III gleich das große Rad drehen und verspricht eine sprunghafte Leistungssteigerung: „Die Zeit ist reif, ein neues Modell für High-Performance-Chipdesign zu entwickeln“. Mit dem eigenen Ansatz will Nuvia Hochleistung und Energie-Effizienz vereinen und in keinem der beiden Bereiche Kompromisse eingehen. Zumindest eins ist bereits jetzt klar: Die Marketing-Maschinerie läuft bei Nuvia.

Angesichts der frisch eingeworbenen 53 Millionen Dollar Wagniskapital gleich in der ersten Finanzierungsrunde und einem Executive-Team mit branchenbekannten Experten, die aufhorchen lassen, scheint Nuvia keine Luftnummer zu sein. So hat Williams III fast zehn Jahre als oberster CPU-Architekt bei Apple gearbeitet. Zuvor war er zehn Jahre bei Prozessor-IP-Spezialist ARM.

Manu Gulati, Nuvias Senior Vice President für Silicon Engineering, kommt von Google. Hier war er der leitende SoC-Architekt für Consumer-Hardware. In gleicher Funktion arbeitete er zuvor acht Jahre bei Apple.

Ebenfalls von Google ist John Bruno ins Nuvia-Lager gewechselt. Hier ist er als Senior Vice President für das System Engineering zuständig. Auch er hat Stationen bei Apple und ARM hinter sich. Williams III, Gulati und Bruno bringen es zusammen auf mehr als 100 erteilte Patente.

Investoren sehen Bedarf an neuen Prozessoren

Dipender Saluja, Managing Partner des Technology Impact Fund von Nuvia-Investor Capricorn, ist überzeugt, dass konventionelle Halbleiterarchitekturen angesichts eines exponenziell zunehmenden Bedarfs an Rechenleistung an ihre Grenzen stoßen: „Was wir brauchen, ist ein neuer Ansatz für das Silizium-Design, der nichtlineare Steigerungen in Leistung und Energie-Effizienz ermöglicht.“ Nuvia könnte dies für die nächste Ära der Halbleiter und Computer umsetzen.

In dieselbe Kerbe schlägt Navin Chaddha, Managing Director von Mayfield, einem weiteren Investor von Nuvia: „Wir erleben eine Renaissance des Siliziums. Mit dem absehbaren Ende des Moore‘schen Gesetzes werden neue Halbleiter für eine Cloud-native, datengetriebene und KI-gestützte IoT-Welt benötigt.“

Nuvia sucht SoC-Designer und CPU-Spezialisten

Derzeit beschäftigt Nuvia rund 60 Mitarbeiter, bis zum Jahresende sollen es 100 sein. Beim Aufbau der Infrastruktur und der Jagd nach Talenten sollen die Millionen der ersten Finanzierungsrunde helfen. „Das ist nur der Anfang“ sagt Jon Carvill , Vice President of Marketing, gegenüber der EETimes, „und das ist es, was wir brauchen, um loslegen zu können.“

In Stellenanzeigen auf seiner Webseite sucht Nuvia unter anderem einen „CPU Performance Architect“, einen „CPU Physical Design Engineer“ und einen „CPU Design Verification Engineer“. Darüber hinaus gibt es mehrere offene Stellen mit dem Fokus auf SoC-Design. Diese deuten darauf hin, dass das Unternehmen – wenig überraschend – an stromsparenden Prozessoren mit viel Rechenleistung arbeitet.

Intel in der Defensive? Weit gefehlt.

Mit seinen Zielen reiht sich Nuvia in die lange Liste von Newcomern und etablierten Unternehmen ein, die Intel in seinem wichtigsten Markt ans Leder wollen. Bislang hält der Chip-Riese hier einen Marktanteil von über 90 Prozent.

Gilt also Alarmstufe Rot bei Intel? Schlottern dem Prozessor-Primus jetzt die Knie ob der neuen Konkurrenz? Wohl kaum. Der Konzern kennt die sich ändernden Anforderungen in seinem Brot- und Buttergeschäft wohl besser als jedes andere Unternehmen. Entsprechend ist Intel selbst sehr aktiv in seinen Bemühungen, seine Angebotspalette fit für die Zukunft zu machen. Ein Beispiel: 2016 hat der Halbleiterhersteller den kalifornischen Deep-Learning-Spezialisten Nervana Systems übernommen.

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Dessen „Nervana Neural Network Processor“ (NNP) ist mittlerweile in den Versionen T1000 für das Trainieren und I1000 für das Anwenden (Inferenz) Neuronaler Netzwerke erhältlich. Ganz aktuell haben Computerhersteller Supermicro und Intel ihre Zusammenarbeit für verteilte KI-Trainingssysteme bekanntgegeben. Die validierte Lösung soll sich über eintausend „Intel Nervana NNP-T“-ASICs in einem einzelnen KI-Cluster vertikal skalieren lassen, mit nahezu linearer Skalierungseffizienz. Die Supermicro NNP-T-Systeme sollen Mitte 2020 auf den Markt kommen.

Ebenfalls 2016 kaufte Intel das ursprünglich irische Unternehmen Movidius, das sich auf Low-Power-Prozessoren für Vision-Anwendungen spezialisiert hatte. Mittlerweile bildet dessen „Myriad-VPU“ unter anderem das Herz des Intel Movidius Neural Compute Sticks (NCS), eines kompakten, lüfterlosen USB-Sticks für Deep-Learning-Aufgaben.

Zum Intel-Portfolio gehören ferner Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) – das Knowhow stammt aus der Ende 2015 abgeschlossenen Akquise von Altera – und darauf basierende FPGA-Beschleuniger-Karten in verschiedene Varianten. Außerdem hält sich der Chip-Gigant durch Investitionen nicht zuletzt in KI-Startups Optionen offen, frühzeitig Zugriff auf vielversprechende, aufstrebende Technologien zu erhalten.

Chip-Hardware allein ist ohne passende Software wertlos

Realistisch betrachtet wird Nuvia ein Vielfaches des in der ersten Finanzierungsrunde eingeworbenen Geldes brauchen, um ein Tape Out seines Chips zu realisieren und passende Mainboards zu entwickeln. Für Speicher- und PCIe-Schnittstellen wird das Unternehmen zudem IP zukaufen müssen, wenn es diese nicht mit viel Aufwand selbst entwickeln will. Das schmälert die Margen.

Hinzu kommt: Die Hardware ist nur eine Seite der Medaille. Die andere ist die Software. Intel hat viel Geld in Compiler und Bibliotheken wie MKL (Math Kernel Library) investiert, damit Anwender die Architektur seiner Prozessoren mit jedem Taktzyklus bestmöglich ausnutzen zu können. Das wird auch Nuvia leisten müssen.

Ob Nuvia letztlich erfolgreich sein wird, hängt nicht zuletzt davon ab, ob das Unternehmen auch in weiteren Finanzierungsrunden engagierte und solvente Investoren überzeugen kann. Möglicherweise ist ja dann auch Intel darunter.

Anmerkung: Das Artikeloriginal ist auf dem Schwesterportal „Elektronik Praxis“ zu finden.

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