Intel представила мечту «анонимных» — чип Heracles для работы с зашифрованными данными без расшифровки

Intel впервые представила полностью гомоморфный чип шифрования (Полностью гомоморфное шифрование, FHE), который справляется с задачами в 5000 раз быстрее, чем классические серверные процессоры. Это чип Heracles, который был заказан военными США для противодействия хакерским атакам с помощью квантовых компьютеров. Он ускоряет обработку полностью зашифрованной информации без возможности какой-либо расшифровки, сохраняя конфиденциальность на всех этапах.

Полностью гомоморфное шифрование — это многообещающая криптографическая технология, которая позволяет выполнять произвольные вычисления над зашифрованными данными без необходимости их расшифровки.

Это решает фундаментальную проблему доверия к облачным сервисам и системам искусственного интеллекта: данные остаются полностью скрытыми для платформ даже во время обработки. Однако основным препятствием для практического применения FHE остается крайне низкая производительность обычных процессоров и видеокарт. Не вдаваясь в подробности, отметим, что на обычных CPU и GPU подобные операции могут выполняться в десятки тысяч раз медленнее, чем работа с открытыми данными. Именно поэтому ведущие компании и стартапы активно разрабатывают специализированные акселераторы для FHE. Что бы мы ни делали, анонимность всегда будет востребована.

Чип Heracle был разработан Intel пять лет назад. До конференции ISSCC в прошлом месяце о нем было мало что известно. Теперь Intel готова поделиться информацией об этом, ведь конкуренты не дремлют и важно поддерживать интерес к продукту. По словам представителей компании, Heracles ускоряет вычисления FHE до 5000 раз по сравнению с лучшими серверными процессорами Intel Xeon (например, 24-ядерный Sapphire Rapids).

Чип изготовлен по современному 3-нм техпроцессу FinFET компании, имеет площадь, примерно в 20 раз превышающую конкурирующие разработки в области FHE (более 200 мм² вместо примерно 10 мм² у конкурентов) и тесно работает с двумя модулями HBM по 24 ГБ каждый. Чип и память спрятаны под общим водоблоком и охлаждаются жидким хладагентом. В целом по производительности напоминает флагманскую видеокарту, но решает другие задачи.

Архитектура Heracles представляет собой ячеистую структуру, соединяющую пары вычислительных ячеек с помощью шины пропускной способности 9,6 ТБ/с. Внешняя память HBM общей емкостью 48 ГБ буферизуется общей для всех пар тайлов кэш-памятью емкостью 64 МБ. Канал доступа к внешней памяти обеспечивает скорость 819 ГБ/с. О таких характеристиках сегодня даже не мечтают самые мощные графические ускорители.

Компания утверждает, что Heracles — первый чип FHE, работающий «в масштабе».

Другими словами, это не лабораторная демонстрация, а решение, способное решать реальные задачи в больших масштабах. В ходе живой демонстрации на ISSCC чип обработал анонимный запрос к зашифрованной базе данных избирателей (функция проверки регистрации голоса) за 14 микросекунд вместо 15 миллисекунд на Xeon — разница, которая при 100 миллионах проверок сокращается с 17 дней до 23 минут.

Публичную презентацию Heracles можно рассматривать как важный шаг в гонке за коммерциализацию аппаратных платформ FHE. Стартапы Duality Technologies, Optalysys, Niobium Microsystems и другие также активно продвигают свои решения, но Intel рассчитывает на собственные лидерские позиции в отрасли для поддержки дальнейшего развития. Если технология получит широкое распространение, она радикально изменит подход к конфиденциальности в облачных вычислениях, анализе данных, машинном обучении и многих других областях, где конфиденциальностью в настоящее время приходится жертвовать ради скорости обработки.