تتجه أنظار المهتمين ببناء مجموعات حوسبة للذكاء الاصطناعي المحلي (Local AI Clusters) نحو خيارات أكثر جاذبية من شراء أجهزة DGX Sparks أو Apple Mac Studios؛ إذ تتوافر بطاقات الرسوميات المستعملة الخاصة بمراكز البيانات بكثرة لتتحول مخلفات الخوادم إلى كنز للمتحمسين. وقد ازدادت شعبية هذا الخيار مع أداة CMPunlocker، وهي تعديل برمجي (Soft-mod) لبطاقات Nvidia CMP-170HX يتيح فتح قدرات تتجاوز المواصفات القياسية للبطاقة. والآن، خطت باحثة تقنية خطوة إضافية بتجاوز القيود المتبقية عبر تقنية “خلل الجهد” (Voltage Glitching)، لتتمكن من إنتاج بطاقة أسرع من بطاقة Nvidia A100 الفعلية التي يبلغ سعرها 20,000 دولار والمزودة بذاكرة VRAM سعة 80 جيجابايت، وذلك انطلاقاً من بطاقة تعدين CMP-170HX بسعة 8 جيجابايت يبلغ سعرها نحو 2,500 دولار.
ونفّذت هذا التعديل الفولتي (Volt-mod) باحثة تُدعى Kate عبر مشروع منشور على منصة GitHub، حيث استندت في نقطة انطلاقها إلى ورقة بحثية تشرح كيفية استغلال الشيفرة الدقيقة (Microcode) لبطاقات GA100. ووجهت الباحثة تركيزها نحو وحدة التحكم في الصمامات الإلكترونية المدمجة (Onboard Fuse Controller) المحمية عادةً؛ إذ يُعد “صندوق الصمامات” جزءاً أساسياً في معظم وحدات المعالجة المركزية (CPUs) ووحدات معالجة الرسوميات (GPUs) منذ فترة، حيث يُستخدم في المصنع لمرة واحدة لقطع التوصيلات الفيزيائية للأجزاء التي أظهرت أداءً ضعيفاً في الاختبارات، مما يؤدي إلى تعطيلها لبيع الشريحة كطراز أقل فئة.
ويعود السبب وراء إمكانية استخراج ذاكرة VRAM بسعة تتراوح بين 40 و80 جيجابايت من بطاقات تُباع بسعة 8 أو 10 جيجابايت، إلى أن شريحة السيليكون GA100 تضم فعلياً جميع رقائق ذاكرة HBM2e VRAM المقابلة بداخلها، ولكن يتم تعطيلها في المصنع على غرار وحدات التظليل (Shader Modules). ويُعد الإصدار الأصغر سعةً (8 جيجابايت) أكثر جاذبية؛ لأنه يعتمد على نسخة شريحة GA100 المزودة بـ 80 جيجابايت من ذاكرة HBM2e داخلياً، في حين تنحدر البطاقات ذات سعة 10 جيجابايت من نسخة GA100 المزودة بـ 40 جيجابايت.
وتحتوي بطاقات Nvidia المعنية على وحدة تحكم متطورة في الصمامات الإلكترونية (eFuse Controller) تضم 16,384 صماماً في مصفوفة (512 × 32)، يمكن قراءتها لمعرفة الإعدادات الحالية للبطاقة. ويرتبط كل جزء تقريباً من البطاقة بصمامات خاصة به، بما في ذلك أقسام ذاكرة VRAM، ووحدات التظليل الفردية، وواجهات PCIe 4.0 وNVLink، وحتى عتاد ترميز الفيديو. وكما أوضحت كيت، فإن تصميم Nvidia ينطوي على ثغرة أمنية، حيث إن تعطيل أو تعديل حالة الصمامات يمنح وصولاً إلى ميزات أكثر بدلاً من تقليصها.
وفي الظروف الطبيعية، لا يمكن للمستخدم الكتابة على هذه الصمامات أو تعديلها، إلا أن كيت استعانت بنموذج GPT-6 Astra لتصميم لوحة دوائر إلكترونية بسيطة تعتمد على متحكم دقيق (Microcontroller) من طراز STM32G4 بتكلفة 8 دولارات، وذلك للوصول إلى إشارات الطاقة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للبطاقة.
وتتواصل منظمات الجهد (VRMs) الموجودة على البطاقة عبر معيار PWMVID الخاص بشركة Nvidia، حيث قامت لوحة كيت باعتراض إشارات PWM المرسلة إلى وحدة تحكم VRM، مما أجبرها على إحداث اختلالات في الجهد (Voltage Glitches) على الخط المغذي لمعالج الرسوميات حيث تقع وحدة التحكم في الصمامات. ومن خلال هذه الاختلالات وتنفيذ عمليات قراءة متكررة لحالة الصمامات في حلقة مغلقة سريعة، تمكنت الباحثة من وضع وحدة التحكم في حالة تسمح فيها أعلام أمان البتات (Security Bit Flags) بتمرير أوامر الكتابة، لتتمكن بعد ذلك من إعادة تهيئة البطاقة، مع الحرص على إبقاء أي وحدات تظليل معيبة سابقاً في حالة تعطيل إجباري نظراً لعدم إمكانية التراجع عن التعديلات الفيزيائية.
وبعد تطبيق التعديل على 10 بطاقات واختبارها في أعباء عمل متعددة، أظهرت النتائج عمل 9 بطاقات بكامل سعة ذاكرة VRAM البالغة 80 جيجابايت، بينما عملت بطاقة واحدة بسعة 64 جيجابايت قابلة للاستخدام. والأكثر إثارة للاهتمام هو أن فتح جميع وحدات التظليل (SM) منح البطاقة أداءً في عمليات FP16 FMA يتفوق بنسبة 20% على بطاقة A100 القياسية؛ ويُعزى ذلك إلى أن الشرائح غالباً ما تحتوي على 120 وحدة SM صالحة للعمل أو أكثر مقارنة بـ 108 وحدات في المواصفات الرسمية، حيث تُصنّع شريحة GA100 في الأصل بـ 128 وحدة SM تحسباً لعيوب التصنيع.
ويُشار إلى أن التعديل البرمجي CMPUnlocker يظل مطلوباً لتفعيل الميزات الجديدة على مستوى برامج التشغيل (Drivers)، لكنه وحده لا يطلق العنان لكامل قدرات البطاقة؛ إذ يحصر الحد الأقصى لذاكرة VRAM بين 40 و64 جيجابايت حسب الطراز، ويُبقي العديد من وحدات التظليل مغلقة، كما يحد عرض النطاق الترددي لواجهة PCIe عند الجيل 2.0، فضلاً عن غياب دعم تقنيات ECC وNVLink وMulti-Instance GPU الضرورية لإعدادات الخوادم وتقسيم فئات المنتجات.
في المقابل، يزيل التعديل الفولتي الذي طورته كيت جميع هذه القيود، حيث تعمل أفضل بطاقاتها المختبرة بسرعة واجهة PCIe 4.0 مع مجموعة الميزات الكاملة، باستثناء وحدات ترميز الفيديو التي لم تختبرها نظراً لعدم أهميتها في هذا النوع من الاستخدامات.
وعلى صعيد التكلفة، يتراوح سعر بطاقة CMP-170HX بسعة 8 جيجابايت حالياً حول 3,000 دولار، بينما يبلغ سعر نسخة 10 جيجابايت نحو 2,500 دولار، في حين قد يصل سعر بطاقة Nvidia A100 الكاملة بسعة 80 جيجابايت بإصدار PCIe إلى 20,000 دولار أو أكثر (بينما تكون إصدارات خوادم SXM أرخص ولكنها تتطلب بنية تحتية خاصة)، مع توقعات بتقلب هذه الأسعار بشكل كبير مع تزايد الوعي بهذه التعديلات. وأكدت كيت أنها قررت نشر أبحاثها الآن بعد أن اكتشف باحث آخر الثغرة نفسها بشكل مستقل، مشيرة إلى أنها أبلغت Nvidia بالثغرة، رغم عدم وجود الكثير مما يمكن للشركة فعله حيال البطاقات المتوفرة بالفعل في الأسواق.
