MIT opracował architekturę nowego procesora fotonicznego. Zwiększy tysiąckrotnie wydajność optycznych sieci neuronowych w porównaniu do podobnych urządzeń.
Chip zmniejszy ilość energii elektrycznej zużywanej przez centrum danych. Powiemy Ci jak to działa.
Фото - — Rozpryskiwanie
Dlaczego potrzebujemy nowej architektury?
Optyczne sieci neuronowe są szybsze od tradycyjnych rozwiązań wykorzystujących elementy elektroniczne. Światło izolacja ścieżek sygnałowych, a strumienie laserowe mogą przechodzić przez siebie bez wzajemnego wpływu. W ten sposób wszystkie ścieżki sygnalizacyjne mogą działać jednocześnie, co pozwala na uzyskanie wysokich prędkości przesyłu danych.
Jest jednak problem – im większa sieć neuronowa, tym więcej energii zużywa. Aby rozwiązać ten problem, opracowywane są specjalne chipy akceleracyjne (akceleratory AI), które optymalizują transfer danych. Jednak nie skalują się tak dobrze, jak byśmy tego chcieli.
Problem efektywności energetycznej i skalowania układów optycznych został rozwiązany na MIT i nowa architektura akceleratora fotonicznego, która tysiąckrotnie zmniejsza pobór mocy urządzenia i współpracuje z dziesiątkami milionów neuronów. Twórcy twierdzą, że w przyszłości technologia znajdzie zastosowanie w centrach danych, które współdziałają ze złożonymi inteligentnymi systemami i algorytmami uczenia maszynowego, a także analizują duże zbiory danych.
Jaka ona jest?
Nowy chip zbudowany jest w oparciu o obwód optoelektroniczny. Przesyłane dane są nadal kodowane za pomocą sygnałów optycznych, ale do mnożenia macierzy wykorzystywana jest zrównoważona detekcja homodyny (). Jest to technika, która pozwala na generowanie sygnału elektrycznego w oparciu o dwa sygnały optyczne.
Do przesyłania impulsów świetlnych zawierających informacje o neuronach wejściowych i wyjściowych wykorzystywana jest pojedyncza ścieżka sygnalizacyjna. Natomiast dane dotyczące masy neuronów docierają osobnymi kanałami. Wszystkie „rozchodzą się” do węzłów siatki fotodetektorów homodynowych, które obliczają wartość wyjściową dla każdego neuronu (określają poziom sygnału). Informacje te są następnie przesyłane do modulatora, który przekształca sygnał elektryczny z powrotem na optyczny. Następnie przesyłany jest do kolejnej warstwy sieci neuronowej i proces się powtarza.
W swojej pracy naukowej inżynierowie z MIT poniższy schemat dla jednej warstwy:
Obrazek: / CC BY
Nowa architektura akceleratora AI wymaga tylko jednego kanału wejściowego i jednego wyjściowego dla każdego neuronu. W rezultacie liczba fotodetektorów jest równa liczbie neuronów, a nie ich współczynnikom wagowym.
Takie podejście pozwala zaoszczędzić miejsce na chipie, zwiększyć liczbę przydatnych ścieżek sygnałowych i zoptymalizować zużycie energii. Teraz inżynierowie z MIT tworzą prototyp, który przetestuje możliwości nowej architektury w praktyce.
Kto jeszcze opracowuje chipy fotoniczne?
Rozwój podobnej technologii Lightelligence to mały startup z siedzibą w Bostonie. Pracownicy firmy twierdzą, że ich akcelerator AI pozwoli rozwiązywać problemy uczenia maszynowego setki razy szybciej niż klasyczne urządzenia. W zeszłym roku zespół kończył tworzenie prototypu swojego urządzenia i przygotowywał się do przeprowadzenia testów.
Działa w obszarze chipów fotonicznych i Cisco. Na początku roku firma ogłosiła startup Luxtera, który projektuje chipy fotoniczne dla centrów danych. W szczególności firma produkuje interfejsy sprzętowe, które umożliwiają podłączenie światłowodów bezpośrednio do serwerów. Takie podejście zwiększa przepustowość sieci i przyspiesza przesyłanie danych. Urządzenia Luxtera wykorzystują specjalne lasery do kodowania informacji i germanowe fotodetektory do ich deszyfrowania.
Фото - — Rozpryskiwanie
W technologie optyczne zaangażowane są także inne duże firmy informatyczne, takie jak Intel. Już w 2016 roku rozpoczęli produkcję własnych układów optycznych, które optymalizują transfer danych pomiędzy centrami danych. Ostatnio przedstawiciele organizacji że planują wdrożyć te technologie poza centrami danych – w lidarach do samochodów autonomicznych.
Z tym, że
Na razie technologii fotonicznych nie można nazwać rozwiązaniem uniwersalnym. Ich wdrożenie wymaga dużych nakładów na techniczne wyposażenie centrów danych. Jednak rozwiązania takie jak te opracowywane w MIT i innych organizacjach spowodują, że chipy optyczne staną się tańsze i najprawdopodobniej umożliwią ich promocję na rynku masowym sprzętu do centrów danych.
Jesteśmy w Pomagamy firmom rozwijać infrastrukturę IT oraz dostarczać usługi chmury prywatnej i hybrydowej. O tym piszemy na naszym firmowym blogu:
Źródło: www.habr.com