В MIT разработиха архитектура на нов фотонен процесор. Той ще увеличи ефективността на оптичните невронни мрежи хиляда пъти в сравнение с подобни устройства.
Чипът ще намали обема на електричеството, консумирано от ЦОД. Разказваме как е изграден.
Снимка — — Unsplash
Защо е необходима новата архитектура
Оптичните невронни мрежи работят по-бързо от традиционните решения, които използват електронни компоненти. Светлината изолация на сигналните пътища, а лазерните лъчи могат да преминават един през друг без влияние помежду си. По този начин всички сигнални пътища могат да функционират едновременно, което осигурява висок темп на предаване на данни.
Но има проблем — колкото по-голям е размерът на невронната мрежа, толкова повече енергия консумира. За решаване на този проблем се разработват специални чипове-ускорители (AI accelerators), които оптимизират предаването на данни. Въпреки това, те не се мащабират толкова добре, колкото би било желателно.
Решението на проблема с енергийната ефективност и мащабирането на оптичните чипове се разглежда в MIT и нова архитектура на фотонен ускорител, която намалява енергопотреблението на устройството хиляда пъти и работи с десетки милиони неврони. Разработчиците твърдят, че в перспективата технологията ще намери приложение в дата-центрове, които взаимодействат с комплексни интелектуални системи и алгоритми за машинно обучение, а също така анализират големи данни.
Какво представлява
Новият чип е построен на база оптоелектронна схема. Предаваните данни все още се кодирани с оптични сигнали, но за матрично умножение се използва балансно хомодинно детектиране (). Това е техника, която позволява да се формира електрически сигнал на основата на два оптични.
За предаване на светлинни импулси с информация за входящите и изходящите неврони се използва един сигнален път. Данните за теглата на невроните, от своя страна, идват по отделни канали. Всички те "разпределят" се по възлите на мрежата от хомодинни фотодетектори, които изчисляват изходната стойност за всеки неврон (определят нивото на сигнала). След това тази информация постъпва в модулация, която преобразува електрическия сигнал обратно в оптичен. След това, той се изпраща на следващия слой на невронната мрежа и процесът се повтаря.
В своята научна работа инженерите от MIT следната схема за един слой:
Изображение: / CC BY
Новата архитектура на AI ускорителя изисква само един входен и един изходен канал за всеки неврон. В резултат на това броят на фотодетекторите съвпада с броя на невроните, а не с техните теглови коефициенти.
Такъв подход позволява да се спести място на чипа, да се увеличи броят на полезните сигнални пътища и да се оптимизира енергопотреблението. В момента инженерите от MIT създават прототип, който ще позволи тестването на възможностите на новата архитектура на практика.
Кой още разработва фотонни чипове
Разработките на подобна технология Lightelligence — малък стартап от Бостон. Служителите на компанията казват, че техният AI ускорител ще позволи решаване на задачи по машинно обучение стотици пъти по-бързо от класическите устройства. Миналата година екипът завършва изграждането на прототипа на своето устройство и се подготвя за провеждане на тестове.
Работи в сферата на фотонните чипове и Cisco. В началото на годината компанията обяви за на стартапа Luxtera, който проектира фотонни чипове за центрове за данни. По-конкретно, компанията произвежда хардуерни интерфейси, които позволяват свързването на оптични влакна директно към сървърите. Такъв подход увеличава пропускната способност на мрежите и ускори предаването на данни. Устройствата на Luxtera използват специални лазери за кодифициране на информация и германиеви фотодетектори за нейното дешифриране.
Снимка — — Unsplash
Занимават се с оптични технологии и други големи ИТ компании, например Intel. Още през 2016 г. те започнаха да произвеждат собствени оптични чипове, оптимизиращи предаването на данни между центрове за данни. Наскоро представители на организацията , които планират да внедрят тези технологии извън центровете за данни — в лидарите за безпилотни автомобили.
Какъв е резултатът
Засега фотонните технологии не могат да се нарекат универсално решение. Внедряването им изисква значителни средства за техническо обновление на центровете за данни. Но разработки като тези, които се реализират в MIT и други организации, ще направят оптичните чипове по-евтини и вероятно ще позволят тяхното „придвижване“ на масовия пазар на оборудване за ЦОД.
Ние в помагаме на компаниите да развиват IT инфраструктурата си и предлагаме услуги за частно и хибридно облако. Ето за какво пишем в корпоративния блог:
Източник: habr.com
