Andmesaalide energiatarbimise vähendamine — aitab uus fotoniline kiip

MIT on töötanud välja uue fotonilise protsessori arhitektuuri. See suurendab optiliste närvivõrkude tõhusust tuhat korda võrreldes sarnaste seadmetega.

Kriips vähendab andmekeskuste elektritarbimist. Räägime, kuidas see on üles ehitatud.

Foto — Ildefonso Polo — Unsplash

Miks on vaja uut arhitektuuri

Optilised närvivõrgud töötavad kiiremini kui traditsioonilised lahendused, mis kasutavad elektroonilisi komponente. Valgus ei vaja signaaliteede isoleerimise tõttu ja laserkiired suudavad üksteisest ilma omavahelise mõjuta läbida. Seega saavad kõik signaaliteed samaaegselt funktsioneerida, mis tagab kõrge andmete edastuskiirus.

Kuid probleem on selles, et mida suurem on närvivõrk, seda rohkem energiat see tarbib. Selle probleemi lahendamiseks töötatakse välja spetsiaalsed kiibid-kiirendajad (AI accelerators), mis optimeerivad andmete edastamist. Kuid need ei laiene nii hästi, nagu sooviks.

Energiaefektiivsuse ja optiliste kiipide skaleeritavuse probleemide lahendamisega tegelevad MIT ja esitanud uus fotonilise kiirendi arhitektuur, mis vähendab seadme energiatarbimist tuhat korda ja töötab kümnete miljonite neuronitega. Arendajad väidavad, et tulevikus leiab tehnoloogia rakendust andmekeskustes, mis suhtlevad keerukate intellektuaalsete süsteemide ja masinõppe algoritmidena ning tegelevad suurte andmete analüüsiga.

Mis see endast kujutab

Uus kiip on üles ehitatud optoelektroonilisele skeemile. Edastatavad andmed kodeeritakse endiselt optiliste signaalide abil, kuid maatrikssaadavuse korral kasutatakse tasakaalustatud homodiinset tuvastamist (lk 30). See on tehnika, mis võimaldab luua elektrisignaali kahe optilise signaali põhjal.

Valgupulseede edastamiseks, mis sisaldavad teavet sisend- ja väljundneuronite kohta, kasutatakse ühte signaaliteed. Neuronite masside andmed seevastu saadetakse eraldi kanalite kaudu. Kõik need "lahknevad" homogeensete fotodetektorite sõlmedesse, mis arvutavad iga neuroni väljundväärtuse (määravad signaali taseme). Seejärel jõuab see teave modulaatorisse, mis muundab elektrilise signaali tagasi optiliseks. Jätkuvalt saadetakse see järgmisse närvivõrgu kiht ja protsess kordub.

Oma teadustöös on MITi insenerid tugevdanud järgmist skeemi ühe kihi jaoks:

Pilt: Suured optilised närvivõrgud, mis põhinevad fotoelektrilisel korrutamisel / CC BY

Uus AI-kiirendi arhitektuur vajab iga neuroni jaoks vaid ühte sisend- ja ühte väljundkanalit. Tulemuseks on fotodetektorite arv, mis vastab neuronite arvule, mitte nende kaalukomplektidele.

Selline lähenemine võimaldab säästa ruumi kiibil, suurendada kasulike signaaliteedede arvu ja optimeerida energiatarbimist. Praegu arendavad MITi insenerid prototüübi, mis võimaldab testida uue arhitektuuri võimalusi praktikas.

Kes veel arendab fotonilisi kiipe

Sarnase tehnoloogia arendamisega tegeleb Lightelligence on väike idufirma, mis asub Bostoni linnas. Ettevõtte töötajad ütlevad, et nende AI-kiirendi võimaldab lahendada masinõppe ülesandeid sadade kordadega kiiremini kui traditsioonilised seadmed. Eelmisel aastal lõpetas meeskond prototüübi loomise ja valmistusid katseteks.

Tegeleb fotoniliste kiipidega ka Cisco. Aasta alguses teatas ettevõte ostmisest idufirma Luxtera, mis projekteerib fotonilisi kiipe andmekeskustele. Eriliselt tootab ettevõte riistvaraliideseid, mis võimaldavad ühendada kiudoptilise kaabli otse serveritega. Selline lähenemine suurendab võrkude läbilaskevõimet ja kiirendab andmete edastamist. Luxtera seadmed kasutavad teabe kodeerimiseks spetsiaalseid lasereid ning germaaniumfotodetektoreid selle dekodeerimiseks.

Foto — Thomas Jensen — Unsplash

Optiliste tehnoloogiate arendamisega tegelevad ka teised suured IT-ettevõtted, nagu Intel. Juba 2016. aastal alustasid nad oma optiliste kiipide tootmist, mis optimeerivad andmete edastamist andmekeskuste vahel. Hiljuti teatas organisatsiooni esindaja rääkinud, mida kavatsetakse rakendada nende tehnoloogiate väljaspool andmekeskusi — liidaritest autonoomsetes autodes.

Mida lõpuks saavutada

Siiski ei saa fotonilist tehnoloogiat veel nimetada universaalseks lahenduseks. Selle rakendamine nõuab suuri investeeringute summasid andmekeskuste tehnilise ümberehitamise jaoks. Kuid arendused, nagu need, mida edendavad MIT ja teised organisatsioonid, muudavad optilisi kiipe odavamaks ja tõenäoliselt võimaldavad nende „sisenemist“ andmekeskuste varustuse massiturule.

Meie ITGLOBAL.COM aitame ettevõtetel arendada IT-infrastruktuuri ja pakume eralaenude ja hübriidsete pilveteenuste teenuseid. Siin on, millest me kirjutame oma ettevõtte ajaveebis:

• Konvergentsed ja hüperkonvergentsed keskkonnad kui kaasaegse äri alus
• Hallitsetud IT — uus allhanke ideoloogia
• Kuidas hallatud andmebaasid aitavad ettevõtetel
• Miks peab pilveteenuse klient teadma andmekeskuse usaldusväärsuse taset
• Konteinerite maailmas: tehnoloogiate ülevaade

Allikas: habr.com