Содержание
Intel показала ускоритель Heracles, который считает по полностью зашифрованным этим без расшифровки внутри чипа. В профильных операциях fully homomorphic encryption (FHE) он оказался в 1 074-5 547 раз быстрее, чем 24-ядерный Intel Xeon W7-3455 (Sapphire Rapids), по семи типовым операциям для таких нагрузок.
Ключевая идея простая: данные не превращаются в «чистый текст» на стороне процессора. Это режет целые классы атак, которые обычно возникают в момент обработки: от сайд-атак до DMA и «подглядывания» со стороны гипервизора.
Heracles ускоряет FHE-математику, а не заменяет CPU
Heracles — это не x86-процессор. Он не запускает обычный софт и не крутит операционную систему. Intel сделала его как узкоспециализированный PCIe-ускоритель для FHE-математики, где обычные CPU и GPU быстро упираются в сложность вычислений.
FHE-нагрузки требуют работы с большими целыми числами, тяжёлыми полиномами и преобразованиями данных. На универсальных ядрах это упирается не только в вычисления, но и в постоянные перестановки и пересылки данных.
Архитектура: 8192-way SIMD, NTT и HBM3
В основе Heracles — 8192-поточный SIMD-движок. Он собран из 64 пар тайлов, а каждая пара даёт 128 параллельных арифметических линий. Тайлы соединены в 8×8 mesh, чтобы быстрее гонять данные между блоками.
Арифметика заточена под модульные операции: сложение, вычитание, умножение, плюс «butterfly»-примитивы для number-theoretic transform (NTT) и обратного NTT. Это базовые кирпичи FHE, но они же создают адскую нагрузку на обмен данными и синхронизацию перестановок.
Чип работает с 32-битными арифметическими срезами в каждой линии. Это держит точность и даёт высокую степень параллелизма. Но без памяти такая схема не взлетает, поэтому Intel поставила 48 ГБ HBM3 (две стопки) и кастомные тракты данных с внутренней пропускной способностью на уровне терабайт в секунду.
Внутри есть и локальные буферы: 64 МБ scratchpad-памяти, крупные регистровые файлы и выделенные буферы для подкачки данных ближе к вычислительным блокам.
Производительность, частоты и форм-фактор карты
Intel сравнивала Heracles с Xeon W7-3455 (24 ядра) на частотах 2,50-4,80 ГГц. Сам ускоритель работает на 1,20 ГГц, но выигрывает за счёт архитектуры и памяти. Итог — 1 074-5 547× в семи операциях, типовых для FHE.
На пике Heracles выдаёт около 29,5 TOPS для butterfly-примитивов и примерно 9,8 TOPS для модульной арифметики. Для трансформ-операций Intel заявляет пропускную способность на уровне нескольких терабит в секунду.
- BGV: поддерживается
- BFV: поддерживается
- CKKS: поддерживается
Чип сделали по техпроцессу Intel 3. Площадь кристалла — 197 мм². Энергопакет — 176 Вт. Heracles сейчас существует как PCIe-акселератор для установки рядом с обычными серверами, а охлаждают карту жидкостным контуром.
Демо ускорителя Intel провела на конференции ISSCC в прошлом месяце.
Источники: Intel
IEEE Spectrum: подробности о Heracles и FHE
