Компания Intel впервые представила специализированный чип для полностью гомоморфного шифрования (FHE), демонстрирующий производительность в 5000 раз выше, чем у стандартных серверных процессоров. Этот ускоритель, названный Heracles («Геракл»), создан по заказу Министерства обороны США для защиты данных от потенциальных атак с использованием квантовых компьютеров. «Геракл» позволяет обрабатывать полностью зашифрованную информацию, не расшифровывая её, что гарантирует конфиденциальность на всех этапах работы.
Источник изображения: Intel
Полностью гомоморфное шифрование (FHE) — это передовая криптографическая методика, которая даёт возможность проводить любые вычисления с зашифрованными данными, не раскрывая их содержимого. Это устраняет ключевую проблему доверия к облачным платформам и системам искусственного интеллекта: информация остаётся недоступной для самих сервисов даже в процессе анализа. Однако широкому внедрению FHE мешает чрезвычайно низкая скорость работы на обычных центральных и графических процессорах.
Подробнее о сложной математической основе полностью гомоморфного шифрования рассказывает статья «Полная гомоморфность — и никакого доверия!» в нашем архиве. Если не вдаваться в детали, то такие операции на CPU и GPU могут выполняться в тысячи и десятки тысяч раз медленнее, чем с открытыми данными. Именно поэтому крупные корпорации и новые игроки активно работают над созданием специальных ускорителей для FHE. В конечном счёте, потребность в анонимности и безопасности данных только растёт.
Разработка чипа «Геракл» в Intel велась на протяжении пяти лет. До прошедшей в прошлом месяце конференции ISSCC о проекте было известно очень мало. Теперь компания постепенно раскрывает детали, стремясь сохранить лидерство и внимание на фоне активных действий конкурентов. По заявлениям Intel, Heracles обеспечивает ускорение вычислений с FHE до 5000 раз в сравнении с передовыми серверными процессорами Xeon (такими как 24-ядерный Sapphire Rapids).
Чип произведён по новейшему 3-нм FinFET-техпроцессу, его площадь значительно превышает аналогичные разработки для FHE (более 200 мм² против примерно 10 мм² у конкурентов) и составляет примерно в 20 раз больше. Он работает в паре с двумя модулями памяти HBM объёмом по 24 ГБ каждый. Вся система скрыта под общим водоблоком и охлаждается жидкостью. В целом конструкция напоминает высокопроизводительный графический процессор, но ориентирована на совершенно другие задачи.
Конструкция чипа «Геркулес» построена по модульному принципу, где вычислительные блоки объединены в сеть с помощью шины, обеспечивающей скорость передачи данных до 9,6 ТБ/с. Внешняя память HBM общим объёмом 48 ГБ дополняется общим для всех модулей кэшем размером 64 МБ. Пропускная способность канала доступа к внешней памяти достигает 819 ГБ/с. Даже самые передовые современные графические процессоры не могут похвастаться подобными параметрами.
Разработчики заявляют, что Heracles является первым чипом для полностью гомоморфного шифрования, готовым к практическому применению. Это не просто экспериментальный образец, а полноценное решение для решения серьёзных вычислительных задач. В ходе демонстрации на конференции ISSCC чип обработал анонимный запрос к зашифрованной базе данных избирателей (функция подтверждения регистрации голоса) за 14 микросекунд, в то время как процессору Xeon для этого потребовалось 15 миллисекунд. При проверке 100 миллионов бюллетеней эта разница сокращает время обработки с 17 суток до 23 минут.
Анонс «Геркулеса» можно считать значительным продвижением в конкурентной борьбе за создание коммерческих аппаратных платформ для FHE. Такие стартапы, как Duality Technologies, Optalysys и Niobium Microsystems, также активно развивают свои технологии, однако Intel полагается на свой отраслевой авторитет, который должен способствовать успеху этой инновационной разработки. Широкое внедрение данной технологии способно кардинально преобразить подход к обеспечению конфиденциальности в сферах облачных вычислений, анализа данных, машинного обучения и других областях, где сегодня часто приходится идти на компромисс между приватностью и скоростью обработки информации.
