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 количеството на електричеството, консумирано от ЦОД. Разказваме как е устроен.
Снимка — — Unsplash
Защо е нужна нова архитектура
Оптичните невронни мрежи работят по-бързо от традиционните решения, използващи електронни компоненти. Светлината изолация на сигналните пътища, а лазерните лъчи могат да преминават един през друг без взаимно влияние. По този начин всички сигнални пътища могат да функционират едновременно, което осигурява висок темп на предаване на данни.
Но съществува проблем — колкото по-голям е размерът на невронната мрежа, толкова повече енергия потребява. 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 бихме искали.
Решението на проблема с енергийната ефективност и мащабируемостта на оптичните чипове е поето в MIT и новата архитектура на фотонния ускорител, която намалява енергопотреблението на устройството хиляда пъти и работи с десетки милиони неврони. Разработчиците твърдят, че в перспектива технологията ще намери приложение в дата-центрове, които взаимодействат с комплексни интелектуални системи и алгоритми за машинно обучение, както и при анализа на големи данни.
Какво представлява
Новият чип е изграден на база оптоелектронна схема. Предаваните данни все още се кодира с оптични сигнали, но за матричното умножаване се използва балансирано хоомодинно детектиране (). Това е техника, която позволява да се формира електрически сигнал на базата 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, постъпват по отделни канали. Всички те се "разпределят" по възлите на мрежата от гомодинни фотодетектори, които изчисляват изходната стойност за всеки неврон (определят нивото на сигнала). След това тази информация попада в модулятор, който преобразува електрическия сигнал обратно в оптичен. След това той се изпраща на следния слой от невронната мрежа и процесът се повтаря.
В своето научно изследване 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 е равен на броя на невроните, а не на техните теглови коефициенти.
Този подход позволява да се спести място на чипа, да се увеличи броят на полезните сигнални пътища и да се оптимизира енергопотреблението. В момента инженери от MIT създават прототип, който ще позволи да се тества на практика новата архитектура.
Кой друг разработва фотонни чипове
Разработките на подобна технология Lightelligence — малък стартъп от Бостон. Служителите на компанията казват, че техният AI-ускорител ще позволи разрешаването на задачи по машинно обучение стотици пъти по-бързо от класическите устройства. Миналата година екипът завършва изграждането на прототипа на своята машина 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. В частност, компанията произвежда хардуерни интерфейси, които позволяват свързването на оптоволокно директно към сървърите. Този подход увеличава пропускната способност на мрежите и ускорява предаването на данни. Устройствата на Luxtera използват специални лазери за кодиране 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 година те започнаха да произвеждат собствени оптични чипове, които оптимизират предаването на данни между дата центровете. Наскоро представителите на организацията , че планират да внедряват тези технологии извън дата центровете — в лидарите за безпилотни автомобили.
Какво в крайна сметка
Все още фотонните технологии не могат да се нарекат универсално решение. Тяхното внедряване изисква значителни разходи за техническо обновление на дата центровете. Но разработки, подобни на тези, които развиват в MIT и други организации, ще направят оптичните чипове по-евтини и вероятно ще позволят да бъдат "напредвани" на масовия пазар на оборудване за ЦОД.
Ние в помагаме на компаниите да развиват ИТ инфраструктурата и предоставяме услуги за частно и хибридно облачно решение. Ето за какво пишем в корпоративния блог:
Източник: habr.com
