Andmekeskuse energiatarbimise vähendamine - aitab uus fotoniline kiip

MITis on välja töötanud uue fotonilise protsessori arhitektuuri. See suurendab optiliste neuronite tõhusust tuhandete kordade võrra võrreldes sarnaste seadmetega.

Kiip vähendab andmekeskuste elektritarbimist. Räägime, kuidas see on konstrueeritud.

Foto — Ildefonso Polo — Unsplash

Miks on vajalik uus arhitektuur

Optilised neuronivõrgud töötavad kiiremini kui traditsioonilised lahendused, mis kasutavad elektroonilisi komponente. Valgus ei vaja signaaliteede isoleerimist ning laserikiirgused suudavad üksteisest mööduda ilma vastastikuse mõjuta. Nii saavad kõik signaaliteed töötada samal ajal, pakkudes kõrget andmeedastuskiirus.

Kuid probleem on selles, et mida suurem on neuronivõrk, seda rohkem energiat see tarbib. Selle probleemi lahendamiseks töötatakse välja spetsiaalsed kiibid-kiirendajad (AI accelerators), mis optimeerivad andmete edastamist. Kuid neid ei saa nii hästi skaleerida kui sooviks.

Probleemi lahendamisega energiatõhususe ja optiliste kiipide skaleerimise osas tegelevad MITis ja tutvustanud uue fotoni kiirendi arhitektuur, mis vähendab seadme energiatarbimist tuhandekordselt ja töötab kümnete miljonite neuronitega. Arendajad ütlevad, et tulevikus leiab tehnoloogia rakendust andmekeskustes, mis suhtlevad keeruliste tehisintellekti süsteemide ja masinõppe algoritmidega ning teevad suure andmemassi analüüsi.

Mis see on?

Uus kiip on ehitatud optoelektroonilise skeemi baasil. Edastatavad andmed kodeeritakse endiselt optiliste signaalidega, kuid maatriksikorrutamiseks kasutatakse tasakaalustatud homodiinset tuvastamist (lk. 30). See on tehnika, mis võimaldab moodustada elektrilise signaali kahe optilise signaali põhjal.

Valgust impulsside edastamiseks, mis sisaldavad teavet sisse- ja väljundneuronite kohta, kasutatakse ühte signaaliteed. Neuronite kaalude andmed seevastu edastatakse eraldi kanalite kaudu. Kõik need "jaotuvad" homogeensete fotodetektorite võrgu sõlmedes, mis arvutavad iga neuroni väljuvaid väärtusi (määravad signaali taseme). Seejärel edastatakse see teave modulaatorisse, mis muudab elektrilise signaali taas optiliseks. Seejärel saadetakse see järgmisse neuronivõrgu kihti ja protsess kordub.

Oma teadustöös toovad MITi insenerid välja järgmist skeemi ühe kihi jaoks:

Pilt: Suurte Optiliste Neuraalvõrkude Põhimõtted Fotoelektrilise Paljundamise Põhjal / CC BY

Uus AI-kiirendaja arhitektuur nõuab iga neuroni jaoks vaid ühte sisend- ja ühte väljundkanalit. Seetõttu on fotodetektorite arv võrdne neuronite arvuga, mitte nende kaalumisega.

Selline lähenemine võimaldab kokku hoida kohandamisel ruumi, suurendada kasulike signaalide teede arvu ja optimeerida energiatarbimist. Praegu töötavad MIT insenerid prototüübi kallal, mis võimaldab testida uue arhitektuuri võimalusi praktikas.

Kes veel arendab fotonilisi kiipe

Sarnaste tehnoloogiate arendamine on Lightelligence — väike idufirma Bostoni lähedal. Ettevõtte töötajad ütlevad, et nende AI-kiirendaja võimaldab lahendada masinõppe ülesandeid sajandi võrra kiiremini kui klassikalised seadmed. Eelmisel aastal lõpetas meeskond oma seadme prototüübi loomise ja valmistus testide läbiviimiseks.

Tegutseb fotoniliste kiipide valdkonnas ja Cisco. Aasta alguses kuulutas ettevõte välja soetamise Luxtera idufirma, mis kujundab fotonilisi kiipe andmekeskuste jaoks. Täpsemalt toodab ettevõte riistvaraliideseid, mis võimaldavad ühendada kiudoptilise kaabli otse serveritega. Selline lähenemine suurendab võrgu läbilaskevõimet ja kiirendab andmeedastust. Luxtera seadmed kasutavad teabe kodeerimiseks spetsiaalseid lasereid ja germaniumi fotodetektoreid teabe dekodeerimiseks.

Foto — Thomas Jensen — Unsplash

Tegelema optiliste tehnoloogiate ja teiste suurte IT-ettevõtetega, nagu näiteks Intel. Juba 2016. aastal hakkasid nad tootma oma optilisi kiipe, mis optimeerivad andmete edastamist andmekeskuste vahel. Hiljuti teatas organisatsiooni esindaja reported, et nad plaanivad neid tehnoloogiaid rakendada andmekeskustest väljaspool — lidarides isesõitevatele autodele.

Mis siis kokkuvõttes

Praegu ei saa fotonilisi tehnoloogiaid nimetada universaalseks lahenduseks. Nende rakendamine nõuab suuri kulutusi andmekeskuste tehnilisele ümberseadele. Kuid arendused, mida tehakse MIT-is ja teistes organisatsioonides, muudavad optilised kiibid odavamaks ja tõenäoliselt võimaldavad nende "edasi viimist" massiturule andmekeskuste seadmete jaoks.

Meie ITGLOBAL.COM ITGLOBAL.COM aitame ettevõtetel arendada IT-infrastruktuuri ja pakume privaatsete ja hübriidpilvede teenuseid. Siin on, millest me räägime oma ettevõtte blogis:

• Konvergentsed ja hüperkonvergentsed keskkonnad kui kaasaegse äri alus
• Hallitav IT — uus tugiteenuste ideoloogia
• Kuidas haldatud andmebaasid toetavad äri
• Miks peab pilveteenuse klient teadma andmekeskuse usaldusväärsuse taset
• Konteinerite maailmas: tehnoloogiate ülevaade

Allikas: habr.com