六層智慧架構堆疊推動千兆瓦電力轉換為洞察力
Vahdat指出,Google的智慧架構為「六層的架構堆疊(Six-layer stack)」,從基礎的電力開始,到資料中心土地、硬體、軟體,再到模型建置與最終服務的整合,形成一個完整生態系。 「這六層架構堆疊將千兆瓦(Gigawatts)的電力轉換為洞察力(Insights)。
首先是電力(Power),這或許來自數百萬金錢的投入,各種不同的能源。再來是資料中心土地(Data Center Land)與圍欄,也就是建築物本身。下一層是硬體(Hardware)。機架(Racks),然後是伺服器(Servers),接著是驅動所有運算的 GPU 與 TPU。從這裡開始,軟體(Software)將所有東西串聯在一起。Google在這些基礎之上開發模型(Models),但最重要的是,將這些模型整合到服務(Services)中。像是 Google Search、YouTube、Google 相片等等。」
硬體專業化成為AI運算核心
他強調,過去通用CPU依賴摩爾定律使效能不斷提升,但近年來效能增長趨緩,且電力改進有限,「通用型 CPU(General Purpose CPU)的效能不再呈指數級成長」。面對運算需求急遽成長,必須走向專業化發展。 他說,「本質上我們可以將『AI運算』視為:一種高速的資料流動,配合專業化、流水線化(Pipelined)的矩陣代數運算(Matrix Algebra Operations),並以極大規模進行運作。」
Google為此開發了張量處理單元TPU,從語言翻譯需求起步,提升效率達100倍以上,促成大規模推斷與模型訓練的可能性。他詳細介紹TPU的六大要素,包括大型矩陣乘法核心(Big Cores)、脈動陣列架構(Systolic Array Architecture)、編譯器控制的記憶體、光學電路交換、新精度表示法,以及深度整合液冷技術。
他說:「整體而言,這些TPU歷經代代迭代,在效能、功耗和成本方面,比起在通用CPU上執行相同的工作,效率提升了100倍。而這個差距實際上還在加速擴大,所以100倍只是個下限。」
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晶片快速迭代與供應鏈緊密協同
他談到,Google已由過去每2年1款TPU,進入1年1款,甚至1年2款的快速迭代階段。 「當我們可能每6個月(甚至更頻繁)就產出1款晶片時,我們本質上希望盡可能快速地從中獲取生命週期價值。」 為此,必須在流片就確保晶片百分百正常運作,並在供應鏈各環節緊密合作,確保快速測試與交付。
網路創新推動資料中心互聯及大規模運算
Vahdat 強調,「網路是將所有東西串聯在一起的關鍵」,且創新橫跨奈米到星球規模。 他介紹TPU上整合乙太網路交換器,晶片級的高頻寬連接,以及複雜特殊拓樸結構如3D Torus / Board-fly,大幅降低延遲兩倍。其中,光學電路交換器(OCS)為一大亮點,以程式化設定微鏡快速改變機架連接結構,具備低功耗、高效率、即時重配置能力,顯著縮短故障停機時間。
資料中心階段可支援近萬個TPU同步運作;再經由 Jupiter、Virgo 系統串接資料中心,資料傳輸頻寬高達每秒47 Petabits,實現跨資料中心整合,最終支持達百萬 TPU 級別的超大規模運算。
能源效率為第一優化指標、持續減少碳足跡
在能源議題上,Vahdat 指出電力是最大挑戰,Google聚焦「每瓦效能」(Performance normalized to a Watt)優化。資料中心能源使用效率(PUE)達1.09,優於業界平均83%。軟體層面也努力減少能耗,以Gemini版本為例,從2023年以來每次答覆耗能從8瓦時降至0.24瓦時,碳排放亦大幅降低,展現持續優化成果。「我們還沒停下腳步,在持續推動優化方面仍會繼續努力。」
未來趨勢聚焦代理型運算與硬體深度專業化
他解釋代理型運算(Agentic Computing)將推動計算需求爆增,程式在內部呼叫模型,打破序列式互動工作流程。「我們正處於『新硬體復興』的早期階段,晶片封裝尺寸擴大,需解決 I/O 瓶頸,記憶體控制器和管道設計朝單向流動。」未來將有更深層光學整合與冷卻技術,推動更專業化硬體設計。
承擔社會責任、推動高效且正向的科技轉型
最後,Vahdat 以責任感呼籲業界技術人員,確保科技進步「盡可能高效地發生,並為社會帶來最大程度的正向提升」。他認為,「我們正處於一場極大規模轉型的早期階段,這是一場巨大的提升與變革。但挑戰依然存在,我想提醒大家作為技術人員的角色。」



