記憶體

為什麼智慧體 AI 要改寫 CPU 和記憶體基礎架構的規則

Sudharshan Vazhkudai、Sujit Somandepalli 和 Raj Narasimhan

代表資料中心運算和記憶體基礎架構的抽象人工智慧視覺化

智慧體 AI 的興起及其隱藏的基礎架構成本

 

從聊天機器人到自動智慧體 — 轉變是真實的

AI 不再只是回答問題而已。現今的 AI 系統愈來愈像智慧體,它們會自主地規劃、行動、觀察結果和迭代,直到達成目標為止。無論是軟體工程智慧體檢查程式碼和執行測試、供應鏈代理協調採購和物流,還是綜合 SEC 申報和市場新聞的金融研究智慧體,這些系統與昨天的靜態推論模型基本上不同。

但這裡是大多數人錯過的基礎設施扭轉:智慧體 AI 不僅需要更多 GPU,也悄悄地推動 CPU 和 DRAM 需求的大規模復甦。

GPU 不再是整個故事

多年來,AI 基礎架構對話都是以 GPU 開始和結束。這正在快速變化。在智慧體系統中,GPU 仍能處理 LLM 推論的繁重提升,包括注意力機制、矩陣乘法和權杖產生。但在模型中,完全不同的運算層會變得活躍:

  • 將高階目標分解為子任務的規劃循環
  • 路由器和排程器,可決定接下來要呼叫哪個工具或 API
  • 執行程式碼、查詢資料庫或呼叫外部 API 的工具執行引擎
  • 擷取和設定相關內容的 I/O 管線

這個「圍繞模型工作」本質上是分支性、有狀態,並且通常按請求序列化 — 這些特性使其天然適合 CPU,而不是 GPU。以這種方式思考:GPU 是工廠車間;CPU 是管理辦公室

隨著智慧體工作負載的擴展,每個 GPU 對更多 CPU 核心和執行緒的需求也隨之增加,從歷史資料 1:4 一直變成 1:1 或 1:2,這代表 CPU 需求增加 2–4 倍,這是第一個比例調整曲線

CPU 不再是支援行動 -新興架構足以說明一切。

矽產業已經收到了通知——而且反應非常強烈。每個主要的 CPU 啟動器現在都在賽車,為智慧體 AI 打造專用矽,而顯示器上的建築野心與我們一代所見的不同。1 這些並非不斷增加的規格凸點。這些都是從頭開始重新設計的晶片,專為提供極端的機架級密度而設計,每個 GPU 的範圍為 86 到 120 個 CPU 核心,其明確目標是保持加速器的飽和和代理管道不中斷地流動。2

所展示的量表令人驚嘆。單一現代智慧體機架現在可以維持數萬個並行 CPU 容器環境,每個環境都是獨立的,每個環境都以完整效能運行。3 這並不是基準。這是一種生產架構。

這不再是為 GPU 伸出援手。CPU 現在是一個大規模的平行網狀架構,可同時分裂成千上萬個智慧體容器,每個容器都代管自主 AI 智慧體在規劃、行動和迭代時所仰賴的工具、沙箱和協調框架。支援行動剛成為主打。

記憶體乘數 — 沒有人看到的複利

 

每個智慧體都需要一個家 — 而這個家會消耗記憶體

如果 CPU 需求是頭條新聞,DRAM 需求就是更深入、更後續的故事。每個即時智慧體實例都必須維持:

  • 狀態和 KV/內容階段 — 追蹤其推理迴路中的位置
  • 工具輸出和佇列 — 緩衝 API 呼叫和程式碼執行的結果
  • 容器/沙箱記憶體 — 獨立的執行階段環境,可安全執行
  • 向量/索引資料 — 用於擷取擴增產生和語意搜尋
  • 作業系統和執行時期開銷 — 維持數千個環境運作的基本成本

將此乘以單一機架中的數千個並行代理,數字就會變得驚人。研究顯示,高達 90% 的智慧體延遲可歸因於 CPU 端的工具處理,這意味著記憶體頻寬和容量直接位於代理程式效能的關鍵路徑上。

第二個縮放曲線出現

以下是尚未充分討論的智慧體育 AI 問題:它無法線性擴展,而是倍增擴展。

您為智慧體協調而升級的每個新 CPU 核心都具有一個必須生活在某個地方的即時環境。那就是 DRAM。當您開始堆疊數千個容器時,計算很快就會變得非常棘手。表 1 使其可視化:

CPU 容器環境成長每個智慧體的記憶體總合併成長
1 x1 x1 x
2 x2 x4 x
3 x3 x9 x
4 x4 x16 x

表 1:結合 CPU 和記憶體的成長。1x = ~22K 智慧體容器,每個 16GB。

容器加倍,每個智慧體的記憶體加倍,您的 DRAM 需求就增加了 4 倍。都乘以三,就是 9 倍。這不是四捨五入的錯誤;而是即時重塑資料中心經濟的複合結構力量。

當您檢視每個智慧體的實際承載時,這很合理:狀態、內容緩衝區、工具輸出、向量索引、沙箱記憶體、執行階段額外負荷。每個智慧體的記憶體也無法保持平穩,因為智慧體會變得更聰明,並處理更複雜的任務,因此其佔用空間也會隨之增加。瓶頸不再是 GPU 上的模型數學。這是智慧體環境的爆炸性成長,其需要同時具備活力、溫暖和回應能力。

這是第二個縮放曲線。它與運算曲線平行發展,而且在許多方面,其發展速度更快。

對產業的意義

其影響波及整個資料中心生態系:

  • 記憶體廠商面臨加速的需求曲線,強調高容量、高頻寬 DRAM,不只是更多的記憶體,而是更聰明的記憶體架構。
  • CPU 廠商 — 它們都開始將產品定位為智慧體調度引擎,而不僅僅是 AI 協處理器。
  • 基礎架構架構師必須重新思考機架設計:GPU 主導機架的時代正在平衡專為自主代理程式管線打造的 CPU-GPU-DRAM 網狀架構

核心要點

智慧體 AI 並非存在於現有基礎架構上的軟體趨勢,而是積極重塑硬體藍圖。給任何建立、購買或投資 AI 基礎架構的人的訊息很簡單:規劃更多 DRAM,並比您想像的更快規劃

智慧體即將到來。確保您的基礎設施已準備就緒。

參考資料

1. Arm AGI CPU | 採用智慧體 AI 和 CPU 的 AMD

2. Intel: 智慧體 AI 需要更多 CPU

3. NVIDIA Vera CPU 推出:單一機架中包含 22,500 個 CPU 容器環境,每個都包含 88 個核心。

系統設計工程研究員

Sudharshan Vazhkudai

Sudharshan S. Vazhkudai 博士是 Micron Technology 的系統設計工程研究員。他建立了資料中心和客戶端工作負載工程團隊,該團隊從端到端的系統視角理解如何使用深層記憶體層級建立針對工作負載最佳化的現代系統架構。在此之前,他在橡樹嶺國家實驗室工作了二十多年,負責建構資料中心解決方案。Vazhkudai 博士擁有密西西比大學電腦科學博士學位,並曾擔任田納西大學合聘教師。

儲存解決方案主任工程師

Sujit Somandepalli

Sujit Somandepalli 是美光科技(Micron Technology)的儲存解決方案主任工程師。

電腦運算與網路業務部門資深副總裁暨總經理

Raj Narasimhan

Raj Narasimhan 是美光運算與網路業務部門的資深副總裁兼總經理。他負責領導美光最大的業務,推動專注於高效能運算、人工智慧、雲端和客戶端運算的記憶體產品發展。

Raj Narasimhan

勞動力策略總監

Melanie Lewis

Melanie Lewis 是美光科技北美區人力策略處長,她領導各項計劃,旨在吸引和培養人才,同時拓展半導體產業的職涯發展道路。她的團隊負責推動愛達荷州、紐約州和維吉尼亞州的策略性勞動力成長,擴大註冊學徒計畫和以退伍軍人為中心的培訓,以支持他們在美光公司的長期職業發展。Melanie 住在愛達荷州博伊西,她熱衷於幫助人們找到有意義的職業,並喜歡與丈夫和兩個兒子一起在戶外度過時光。

Melanie Lewis

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