En el MIT han desarrollado una nueva arquitectura para un procesador fotónico. Este aumentará la eficiencia de las redes neuronales ópticas mil veces en comparación con dispositivos similares.
El chip reducirá el consumo de electricidad en los centros de datos. Te contamos cómo está diseñado.
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¿Por qué es necesaria una nueva arquitectura?
Las redes neuronales ópticas funcionan más rápido que las soluciones tradicionales que utilizan componentes electrónicos. La luz aislamiento de las rutas de señal, y los haces láser pueden atravesarse entre sí sin afectar mutuamente. De esta manera, todos los caminos de señal pueden funcionar simultáneamente, lo que asegura una alta velocidad de transmisión de datos.
Pero hay un problema: cuanto mayor es el tamaño de la red neuronal, más energía consume. Para resolver este problema, se están desarrollando chips aceleradores (AI accelerators) que optimizan la transmisión de datos. Sin embargo, no se escalan tan bien como se desearía.
El MIT se ha ocupado de la eficiencia energética y la escalabilidad de los chips ópticos y una nueva arquitectura de acelerador fotónico que reduce el consumo de energía del dispositivo mil veces y trabaja con decenas de millones de neuronas. Los desarrolladores dicen que esta tecnología podría aplicarse en el futuro a centros de datos que interactúan con sistemas inteligentes complejos y algoritmos de aprendizaje automático, así como al análisis de grandes datos.
¿Qué es?
El nuevo chip está basado en un circuito opto-electrónico. Los datos transmitidos siguen siendo codificados por señales ópticas, pero para la multiplicación matricial se utiliza la detección homogénea balanceada (). Esta técnica permite formar una señal eléctrica a partir de dos señales ópticas.
Para transmitir impulsos de luz con información sobre las neuronas de entrada y salida se utiliza una única vía de señal. Los datos sobre los pesos de las neuronas, por el contrario, llegan a través de canales separados. Todos ellos se "dispersan" a través de los nodos de la red de fotodetectores homodinámicos, que calculan el valor de salida para cada neurona (determinan el nivel de señal). Luego, esta información se envía a un modulador, que convierte la señal eléctrica de vuelta a óptica. A continuación, se envía a la siguiente capa de la red neuronal y el proceso se repite.
En su trabajo académico, los ingenieros del MIT el siguiente esquema para una capa:
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La nueva arquitectura del acelerador de IA requiere solo un canal de entrada y uno de salida para cada neurona. Como resultado, el número de fotodetectores se iguala al número de neuronas y no a sus coeficientes de peso.
Este enfoque permite ahorrar espacio en el chip, aumentar el número de vías de señal útiles y optimizar el consumo de energía. Actualmente, los ingenieros del MIT están creando un prototipo que permitirá probar las capacidades de la nueva arquitectura en la práctica.
¿Quién más está desarrollando chips fotónicos?
Los desarrollos de una tecnología similar Lightelligence, una pequeña startup de Boston. Los empleados de la empresa afirman que su acelerador de IA permitirá resolver tareas de aprendizaje automático cientos de veces más rápido que los dispositivos clásicos. El año pasado, el equipo finalizó la creación del prototipo de su dispositivo y se preparó para realizar pruebas.
Está trabajando en el ámbito de los chips fotónicos, así como Cisco. A principios del año, la empresa anunció la de la startup Luxtera, que diseña chips fotónicos para centros de datos. En particular, la empresa produce interfaces de hardware que permiten conectar fibra óptica directamente a los servidores. Este enfoque aumenta la capacidad de las redes y acelera la transmisión de datos. Los dispositivos de Luxtera utilizan láseres especiales para codificar información y fotodetectores de germanio para su descifrado.
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Grandes empresas de TI, como Intel, están involucradas en tecnologías ópticas. Ya en 2016 comenzaron a producir sus propios chips ópticos, optimizando la transferencia de datos entre centros de datos. Recientemente, representantes de la organización , que planean implementar estas tecnologías fuera de los centros de datos, en lidars para vehículos autónomos.
Qué se puede concluir
Por ahora, las tecnologías fotónicas no se pueden considerar una solución universal. Su implementación requiere grandes inversiones para la modernización técnica de los centros de datos. Sin embargo, desarrollos como los que se están llevando a cabo en el MIT y otras organizaciones harán que los chips ópticos sean más baratos y probablemente permitirán "promoverlos" en el mercado masivo de equipos para centros de datos.
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Fuente: habr.com
