TPU v5p
Dokumen ini menjelaskan arsitektur dan konfigurasi yang didukung dari Cloud TPU v5p.
Arsitektur sistem
Bagian ini menjelaskan arsitektur sistem khusus untuk versi v5p. Tiap TensorCore memiliki empat Matrix Multiply Unit (MXU), satu unit vektor, dan satu unit skalar.
Ada 8.960 chip dalam Pod v5p. Tugas terbesar yang dapat dijadwalkan adalah tugas 96 kubus (6.144 chip).
Tabel berikut menunjukkan spesifikasi utama untuk TPU v5p.
| Spesifikasi | Nilai |
|---|---|
| Jumlah chip per pod | 8960 |
| Komputasi puncak per chip (BF16) (TFLOPs) | 459 |
| Komputasi puncak per chip (FP8) (TFLOPs) | 459 |
| Kapasitas HBM per chip (GiB) | 95 |
| Bandwidth HBM per chip (GBps) | 2765 |
| Jumlah vCPU (VM 4 chip) | 208 |
| RAM (GB) (VM 4 chip) | 448 |
| Jumlah TensorCore per chip | 2 |
| Jumlah SparseCore per chip | 4 |
| Bandwidth inter-chip interconnect (ICI) dua arah per chip (GBps) | 1200 |
| Bandwidth jaringan pusat data (DCN) per chip (Gbps) | 50 |
| Topologi Interconnect | Torus 3D * |
Setiap chip TPU v5p memiliki memori bandwidth tinggi (HBM) fisik sebesar 96 GiB. Tabel sebelumnya mencantumkan 95 GiB untuk memperhitungkan HBM yang dicadangkan oleh sistem TPU dan runtime libtpu untuk keandalan dan overhead runtime. Alat dan
framework seperti tpu-info, JAX, dan PyTorch melaporkan HBM yang dapat dialokasikan pengguna,
bukan kapasitas fisik nominal 96 GiB.
Konfigurasi
Pod TPU v5p terdiri dari 8.960 chip yang saling terhubung dengan link berkecepatan tinggi yang dapat dikonfigurasi ulang. Jaringan fleksibel TPU v5p memungkinkan Anda menghubungkan chip dalam slice berukuran sama dengan berbagai cara.
Tabel berikut menunjukkan bentuk single-slice paling umum yang didukung dengan v5p, serta sebagian besar (tetapi tidak semua) bentuk kubus penuh yang lebih besar dari 1 kubus. Bentuk v5p maksimum adalah 16x16x24 (6144 chip, 96 kubus).
| Topologi | Cores | Chip | Host | Cubes | Jenis mesin | Mendukung twisted? |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2x2x1 | 8 | 4 | 1 | T/A | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
| 2x2x2 | 16 | 8 | 2 | T/A | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
| 2x4x4 | 64 | 32 | 8 | T/A | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
| 4x4x4 | 128 | 64 | 16 | 1 | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
| 4x4x8 | 256 | 128 | 32 | 2 | ct5p-hightpu-4t |
Ya |
| 4x8x8 | 512 | 256 | 64 | 4 | ct5p-hightpu-4t |
Ya |
| 8x8x8 | 1024 | 512 | 128 | 8 | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
| 8x8x16 | 2048 | 1024 | 256 | 16 | ct5p-hightpu-4t |
Ya |
| 8x16x16 | 4096 | 2048 | 512 | 32 | ct5p-hightpu-4t |
Ya |
| 16x16x16 | 8192 | 4096 | 1024 | 64 | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
| 16x16x24 | 12288 | 6144 | 1536 | 96 | ct5p-hightpu-4t |
T/A |
Pelatihan slice tunggal didukung hingga 6.144 chip. Anda dapat meningkatkan skala hingga 18.432 chip menggunakan Multislice. Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang Multislice, lihat Ringkasan Multislice Cloud TPU.
Topologi torus twisted
Untuk beberapa bentuk slice 3D, Anda dapat menggunakan topologi twisted torus. Topologi ini menawarkan bandwidth biseksi yang jauh lebih tinggi. Misalnya, topologi twisted 4x4x8 memberikan peningkatan teoritis sebesar 70% dalam bandwidth biseksi dibandingkan dengan slice 4x4x8 non-twisted. Bandwidth yang meningkat ini membantu workload yang menggunakan pola komunikasi global. Topologi twisted dapat meningkatkan performa untuk sebagian besar model, dengan workload embedding TPU yang besar memberikan manfaat terbesar. Software TPU mendukung topologi twisted pada slice yang setiap dimensinya sama dengan atau dua kali ukuran dimensi terkecil. Misalnya, 4x4x8, 4×8×8, atau 12x12x24. Topologi twisted didukung di TPU v4 dan TPU v5p melalui Cloud TPU API.
Untuk workload yang menggunakan paralelisme data sebagai satu-satunya strategi paralelisme, topologi twisted mungkin berperforma sedikit lebih baik. Dengan model bahasa besar (LLM), performa topologi twisted bervariasi bergantung pada jenis paralelisme yang digunakan (misalnya, paralelisme data atau paralelisme model). Untuk menemukan performa terbaik bagi model Anda, latih LLM Anda dengan dan tanpa topologi twisted. Beberapa eksperimen pada model MaxText FSDP menunjukkan peningkatan 1-2 poin persentase dalam pemanfaatan FLOP model (MFU) saat menggunakan topologi twisted.
Manfaat utama topologi twisted adalah mengubah topologi torus asimetris (misalnya, 4×4×8) menjadi simetris. Topologi simetris menawarkan:
- Load balancing yang ditingkatkan
- Bandwidth biseksi yang lebih tinggi
- Rute paket yang lebih pendek
Manfaat ini menghasilkan peningkatan performa untuk banyak pola komunikasi global.
Misalnya, pertimbangkan topologi torus 4×2 ini dengan TPU yang diberi label koordinat X dan Y di slice:

Agar lebih jelas, grafik menunjukkan koneksi sebagai edge tidak berarah. Dalam praktiknya, setiap edge adalah koneksi dua arah antara TPU. Tepi antara satu sisi petak ini dan sisi yang berlawanan adalah tepi yang saling terhubung.
Memutar topologi ini akan membuat topologi torus twisted 4×2 simetris:

Perbedaan antara diagram yang diputar ini dan diagram yang tidak diputar terletak pada tepi wrap-around Y. Alih-alih terhubung ke TPU lain dengan koordinat X yang sama, tepi wrap-around ini bergeser untuk terhubung ke TPU pada koordinat X+2 mod 4.
Prinsip ini berlaku untuk berbagai ukuran dimensi dan jumlah dimensi. Jaringan yang dihasilkan akan simetris jika setiap dimensi sama dengan atau dua kali ukuran dimensi terkecil.
Tabel berikut menunjukkan beberapa topologi twisted yang didukung dan peningkatan teoritis dalam bandwidth bisection yang diberikan dibandingkan dengan topologi untwisted.
| Topologi | Peningkatan teoritis dalam bandwidth biseksi dibandingkan dengan torus non-twisted |
|---|---|
| 4×4×8 | ~70% |
| 8x8x16 | |
| 12×12×24 | |
| 4×8×8 | ~40% |
| 8×16×16 |
Resiliensi ICI Cloud TPU
Resiliensi ICI membantu meningkatkan fault tolerance link optik dan optical circuit switch (OCS) yang menghubungkan TPU antar-kubus. (Koneksi ICI dalam kubus menggunakan link tembaga yang tidak terpengaruh). Ketahanan ICI memungkinkan koneksi ICI dirutekan di sekitar kesalahan OCS dan ICI optik. Hasilnya, ketersediaan penjadwalan slice TPU meningkat, dengan konsekuensi penurunan performa ICI untuk sementara.
Mirip dengan Cloud TPU v4, resiliensi ICI diaktifkan secara default untuk slice v5p yang berukuran satu kubus atau lebih besar (topologi 4x4x4).
Properti VM, host, dan slice
| Properti | Nilai dalam TPU |
|---|---|
| # chip v5p | 4 |
| Jumlah vCPU | 208 (hanya setengah yang dapat digunakan jika menggunakan binding NUMA untuk menghindari penalti performa lintas NUMA) |
| RAM (GB) | 448 (hanya setengah yang dapat digunakan jika menggunakan binding NUMA untuk menghindari penalti performa lintas NUMA) |
| # of NUMA nodes | 2 |
| Throughput NIC (Gbps) | 200 |
Hubungan antara jumlah TensorCore, chip, host/VM, dan kubus dalam Pod:
| Cores | Chip | Host/VM | Cubes | |
|---|---|---|---|---|
| Host | 8 | 4 | 1 | |
| Kubus (rak) | 128 | 64 | 16 | 1 |
| Slice terbesar yang didukung | 12288 | 6144 | 1536 | 96 |
| Pod penuh v5p | 17920 | 8960 | 2240 | 140 |