🥇Energieverbruik in datacenters verminderen — een nieuwe fotonische chip zal helpen

MIT heeft een architectuur ontwikkeld voor een nieuwe fotonische processor. Deze zal de efficiëntie van optische neurale netwerken duizend keer verhogen in vergelijking met vergelijkbare apparaten.

De chip zal het elektriciteitsverbruik van datacenters verminderen. We leggen uit hoe het werkt.

Foto — Ildefonso Polo — Unsplash

Waarom is er een nieuwe architectuur nodig

Optische neurale netwerken werken sneller dan traditionele oplossingen die gebruik maken van elektronische componenten. Licht vereist geen isolatie van signaalpaden, en laserstralen kunnen door elkaar heen lopen zonder elkaar te beïnvloeden. Op deze manier kunnen alle signaalpaden gelijktijdig functioneren, wat zorgt voor een hoge gegevensoverdrachtsnelheid.

Maar er is een probleem - hoe groter de maat van het neurale netwerk, hoe meer energie het verbruikt. Om dit probleem op te lossen, worden speciale versnellerschips (AI accelerators) ontwikkeld die de gegevensoverdracht optimaliseren. Echter, zij schalen niet zo goed als gewenst.

In het MIT zijn ze bezig met de oplossing voor het probleem van energie-efficiëntie en het schalen van optische chips en werd gepresenteerd een nieuwe architectuur voor een fotonische versneller, die het energieverbruik van het apparaat met duizend keer vermindert en werkt met tientallen miljoenen neuronen. De ontwikkelaars stellen dat de technologie op de lange termijn toepassingen zal vinden in datacenters die samenwerken met complexe intelligente systemen en algoritmen voor machine learning, evenals het analyseren van big data.

Wat houdt het in

De nieuwe chip is gebaseerd op een opto-elektronische schakeling. De overgedragen gegevens worden nog steeds gecodeerd met optische signalen, maar voor matrixvermenigvuldiging wordt gebalanceerde homodynedetectie gebruikt (blz. 30). Deze techniek maakt het mogelijk om een elektrisch signaal te vormen op basis van twee optische.

Voor de overdracht van lichtimpulsen met informatie over de inkomende en uitgaande neuronen wordt één signaalpad gebruikt. Informatie over de gewichten van de neuronen komt daarentegen via aparte kanalen binnen. Al deze kanalen 'verzenden' naar de knooppunten van het homogene fotodetectornetwerk, die de uitgangswaarde voor elk neuron berekenen (het signaalniveau bepalen). Deze informatie gaat vervolgens naar de modulator, die het elektrische signaal weer omzet in een optisch signaal. Dit wordt daarna naar de volgende laag van het neuraal netwerk verzonden, en het proces herhaalt zich.

In hun wetenschappelijk werk presenteren ingenieurs van MIT de volgende schema voor één laag: Grote Schaal Optische Neurale Netwerken Gebaseerd op Foto-elektrische Vermenigvuldiging

Afbeelding: De nieuwe architectuur van de AI-versneller vereist slechts één invoer- en één uitvoerkanaal voor elk neuron. Daardoor komt het aantal fotodetectors overeen met het aantal neuronen en niet met hun gewichten. / CC BY

Deze aanpak bespaart ruimte op de chip, verhoogt het aantal nuttige signaalpaden en optimaliseert het energieverbruik. Momenteel ontwikkelen ingenieurs van MIT een prototype dat de mogelijkheden van de nieuwe architectuur in de praktijk moet testen.

Wie ontwikkelt er nog meer fotonische chips

Onderzoek naar een vergelijkbare technologie

wordt uitgevoerd door Lightelligence — een kleine startup uit Boston. De medewerkers van het bedrijf zeggen dat hun AI-versneller taken voor machine learning honderden keren sneller zal uitvoeren dan traditionele apparaten. Vorig jaar voltooide het team de ontwikkeling van het prototype van hun apparaat en bereidde zich voor op het uitvoeren van tests. Het bedrijf Cisco werkt ook met fotonische chips. Begin dit jaar kondigde het bedrijf de

aankoop aan van de startup Luxtera, die fotonische chips ontwerpt voor datacenters. In het bijzonder produceert het bedrijf hardware-interfaces die het mogelijk maken om glasvezel direct aan servers aan te sluiten. Deze aanpak verhoogt de bandbreedte van netwerken en versnelt de gegevensoverdracht. De apparaten van Luxtera gebruiken speciale lasers voor gegevenscodering en germaniumfotodetectors voor decodering. Andere grote IT-bedrijven zijn ook bezig met optische technologieën, bijvoorbeeld Intel. Al in 2016 begonnen ze met de productie van hun eigen optische chips, die de gegevensoverdracht tussen datacenters optimaliseren. Onlangs hebben vertegenwoordigers van de organisatie

Foto — Thomas Jensen — Unsplash

... verteld, wat ze van plan zijn om deze technologieën buiten datacenters te implementeren — in lidar-systemen voor zelfrijdende auto's.

Wat uiteindelijk

Tot nu toe kunnen fotonische technologieën niet als een universele oplossing worden beschouwd. Hun implementatie vereist aanzienlijke investeringen in de technische modernisering van datacenters. Maar ontwikkelingen zoals diegene die plaatsvinden aan het MIT en andere instellingen zullen optische chips goedkoper maken en waarschijnlijk hun doorgang naar de massamarkt voor datacenter apparatuur mogelijk maken.

Wij bij ITGLOBAL.COM helpen bedrijven hun IT-infrastructuur te ontwikkelen en bieden private en hybride cloud diensten aan. Dit is waar we over schrijven in onze bedrijfsblog:

Bron: habr.com