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计算机科学 > 硬件架构

arXiv:2508.07252 (cs)
[提交于 2025年8月10日 (v1) ,最后修订 2025年8月19日 (此版本, v2)]

标题: 温度:面向大模型推理的热感知三维堆叠架构设计与带宽共享

标题: Tasa: Thermal-aware 3D-Stacked Architecture Design with Bandwidth Sharing for LLM Inference

Authors:Siyuan He, Peiran Yan, Yandong He, Youwei Zhuo, Tianyu Jia
摘要: 由于内存密集型操作和有限的硬件带宽,大语言模型中的自回归解码是主要的推理瓶颈。3D堆叠架构是一种有前景的解决方案,其显著提高了内存带宽,通过在逻辑芯片之上垂直堆叠多个DRAM芯片。然而,我们的实验也显示,与2D架构相比,3D堆叠架构在热温度、梯度和可扩展性方面面临更严重的热问题。为了更好地利用3D堆叠架构的潜力,我们提出了Tasa,这是一种具有跨堆栈热优化的异构架构,以平衡温度分布并在热约束下最大化性能。高性能核心专为计算密集型操作设计,而高效率核心用于内存密集型操作,例如注意力层。此外,我们提出了一种带宽共享调度方法,以提高这种异构架构中的带宽利用率。大量的热实验表明,与同构的3D堆叠架构相比,我们的Tasa架构显示出更大的可扩展性,即对于48、60和72核配置,峰值温度分别降低了5.55$\tccentigrade$,9.37$\tccentigrade$和7.91$\tccentigrade$。我们在Llama-65B和GPT-3 66B推理上的实验也表明,相对于GPU基线和最先进的基于PIM的异构LLM加速器,分别获得了2.85倍和2.21倍的速度提升。
摘要: The autoregressive decoding in LLMs is the major inference bottleneck due to the memory-intensive operations and limited hardware bandwidth. 3D-stacked architecture is a promising solution with significantly improved memory bandwidth, which vertically stacked multi DRAM dies on top of logic die. However, our experiments also show the 3D-stacked architecture faces severer thermal issues compared to 2D architecture, in terms of thermal temperature, gradient and scalability. To better exploit the potential of 3D-stacked architecture, we present Tasa, a heterogeneous architecture with cross-stack thermal optimizations to balance the temperature distribution and maximize the performance under the thermal constraints. High-performance core is designed for compute-intensive operations, while high-efficiency core is used for memory-intensive operators, e.g. attention layers. Furthermore, we propose a bandwidth sharing scheduling to improve the bandwidth utilization in such heterogeneous architecture. Extensive thermal experiments show that our Tasa architecture demonstrates greater scalability compared with the homogeneous 3D-stacked architecture, i.e. up to 5.55 $\tccentigrade$, 9.37 $\tccentigrade$, and 7.91 $\tccentigrade$ peak temperature reduction for 48, 60, and 72 core configurations. Our experimental for Llama-65B and GPT-3 66B inferences also demonstrate 2.85x and 2.21x speedup are obtained over the GPU baselines and state-of-the-art heterogeneous PIM-based LLM accelerator
评论: 第五部分中有一些数据不准确
主题: 硬件架构 (cs.AR)
引用方式: arXiv:2508.07252 [cs.AR]
  (或者 arXiv:2508.07252v2 [cs.AR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.07252
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Siyuan He [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 8 月 10 日 09:09:34 UTC (4,394 KB)
[v2] 星期二, 2025 年 8 月 19 日 06:07:57 UTC (1 KB)
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