Intel представила мечту анонимов — чип Heracles для работы с зашифрованными данными без дешифровки
Intel впервые показала чип для полностью гомоморфного шифрования (Fully Homomorphic Encryption, FHE), который справляется с задачами в 5000 раз быстрее классических серверных процессоров. Это ускоритель Heracles («Геракл»), созданный по заказу военных США для противодействия взлому со стороны квантовых компьютеров. «Геракл» ускоряет обработку полностью зашифрованной информации без какого-либо декодирования, сохраняя конфиденциальность на всех этапах.
Полностью гомоморфное шифрование (Fully Homomorphic Encryption, FHE) представляет собой перспективную криптографическую технологию, позволяющую выполнять произвольные вычисления над зашифрованными данными без необходимости их расшифровки. Это решает фундаментальную проблему доверия к облачным сервисам и ИИ-системам: данные остаются полностью закрытыми для платформ даже во время обработки. Однако главным препятствием для практического применения FHE остаётся крайне низкая производительность обычных процессоров и видеокарт.
Более подробно о «головоломной» математике полностью гомоморфного шифрования можно прочесть в статье «Полная гомоморфность — и никакого доверия!» из нашего архива. Не углубляясь, отметим, что на обычных CPU и GPU такие операции могут быть в тысячи–десятки тысяч раз медленнее, чем работа с открытыми данными. Именно поэтому ведущие компании и стартапы активно разрабатывают специализированные ускорители для FHE. Как ни крути, анонимность всегда будет востребована.
Чип, получивший имя «Геракл», компания Intel начала разрабатывать пять лет назад. До конференции ISSCC в прошлом месяце о нём было мало что известно. Теперь Intel готова дозированно делиться информацией о нём, поскольку конкуренты не дремлют и важно оставаться на слуху. По словам представителей компании, Heracles ускоряет FHE-вычисления до 5000 раз по сравнению с лучшими серверными процессорами Intel Xeon (например, 24-ядерным Sapphire Rapids).
Чип изготовлен по самому передовому 3-нм FinFET-техпроцессу компании, имеет площадь примерно в 20 раз больше конкурирующих разработок в сфере FHE (более 200 мм² вместо примерно 10 мм² у конкурентов) и работает в тесной связке с двумя модулями HBM по 24 Гбайт каждый. Чип и память упрятаны под общий водоблок и охлаждаются жидким хладагентом. В целом исполнение напоминает топовый GPU, но решает иные задачи.
Архитектура «Геркулеса» представляет собой ячеистую структуру, связывающую парные плитки-вычислители шиной с пропускной способностью 9,6 Тбайт/с. Внешняя память HBM общей ёмкостью 48 Гбайт буферизируется общей для всех парных плиток кеш-памятью ёмкостью 64 Мбайт. Канал доступа к внешней памяти обеспечивает 819 Гбайт/с. Подобные характеристики даже не снились самым мощным на сегодня графическим ускорителям.
В компании утверждают, что Heracles — это первый чип FHE, работающий «в масштабе». Иначе говоря, это не лабораторная демонстрация, а решение, способное к выполнению реальных крупномасштабных задач. В живой демонстрации на ISSCC чип обработал анонимный запрос к зашифрованной базе данных избирателей (функция проверки регистрации голоса) за 14 мкс вместо 15 мс на Xeon — разница, которая при проверке 100 млн бюллетеней сокращается с 17 дней до 23 минут.
Публичное представление «Геркулеса» можно расценить как важный шаг в гонке за коммерциализацией аппаратных FHE-платформ. Стартапы Duality Technologies, Optalysys, Niobium Microsystems и другие тоже активно продвигают свои решения, но Intel рассчитывает на собственные лидирующие позиции в отрасли, которые поддержат перспективную разработку. Если технология получит широкое распространение, это радикально изменит подход к приватности в облачных вычислениях, анализе данных, машинном обучении и многих других областях, где сейчас приходится жертвовать конфиденциальностью ради скорости обработки.