No MIT desenvolveram uma nova arquitetura de processador fotônico. Ele aumentará a eficiência de redes neurais ópticas em mil vezes, em comparação com dispositivos similares.
O chip reduzirá o consumo de eletricidade em data centers. Vamos explicar como ele funciona.
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Por que uma nova arquitetura é necessária
As redes neurais ópticas operam mais rápido do que as soluções tradicionais que usam componentes eletrônicos. A luz isolamento dos caminhos de sinal, e os feixes de laser podem passar um pelo outro sem interação mútua. Assim, todos os caminhos de sinal podem funcionar simultaneamente, garantindo uma alta taxa de transmissão de dados.
Mas há um problema — quanto maior o tamanho da rede neural, mais energia ela consome. Para resolver esse problema, estão sendo desenvolvidos chips aceleradores especiais (AI accelerators) que otimizam a transmissão de dados. No entanto, eles não escalonam tão bem quanto gostaríamos.
O MIT e uma nova arquitetura de acelerador fotônico, que reduz o consumo de energia do dispositivo em mil vezes e funciona com dezenas de milhões de neurônios. Os desenvolvedores afirmam que, no futuro, a tecnologia será aplicada em data centers que interagem com sistemas e algoritmos inteligentes complexos, além de lidarem com a análise de grandes volumes de dados.
O que isso representa
O novo chip é construído sobre uma base de circuito optoeletrônico. Os dados transmitidos ainda são codificados em sinais ópticos, mas para a multiplicação matricial é utilizado o balanceamento de detecção homodina (). Esta técnica permite gerar um sinal elétrico com base em dois sinais ópticos.
Para transmitir pulsos de luz com informações sobre os neurônios de entrada e saída, utiliza-se um único caminho de sinal. Os dados sobre os pesos dos neurônios, por outro lado, são enviados por canais separados. Todos eles se "dispersam" em nós de uma rede de fotodetectores homodinâmicos, que calculam o valor de saída para cada neurônio (definem o nível de sinal). Em seguida, essa informação é enviada para o modulador, que converte o sinal elétrico de volta em óptico. Depois, é enviado para a próxima camada da rede neural e o processo se repete.
Em seu trabalho científico, engenheiros do MIT o seguinte esquema para uma camada:
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A nova arquitetura de acelerador de IA requer apenas um canal de entrada e um canal de saída para cada neurônio. Como resultado, o número de fotodetectores é igual ao número de neurônios, e não de seus coeficientes de peso.
Essa abordagem economiza espaço no chip, aumenta o número de caminhos de sinal úteis e otimiza o consumo de energia. Atualmente, os engenheiros do MIT estão criando um protótipo que permitirá testar na prática as capacidades da nova arquitetura.
Quem mais está desenvolvendo chips fotônicos
Desenvolvimentos de tecnologia semelhante Lightelligence — uma pequena startup de Boston. Os funcionários da empresa afirmam que seu acelerador de IA permitirá resolver tarefas de aprendizado de máquina centenas de vezes mais rápido do que dispositivos clássicos. No ano passado, a equipe estava finalizando a construção do protótipo de seu dispositivo e se preparando para realizar testes.
Trabalha no setor de chips fotônicos e a Cisco. No início do ano, a empresa anunciou a da startup Luxtera, que projeta chips fotônicos para centros de dados. Em particular, a empresa produz interfaces de hardware que permitem conectar fibra ótica diretamente aos servidores. Essa abordagem aumenta a largura de banda das redes e acelera a transmissão de dados. Os dispositivos da Luxtera utilizam lasers especiais para codificar informações e fotodetectores de germânio para a sua decodificação.
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Outras grandes empresas de TI também estão envolvidas em tecnologias ópticas, como a Intel. Desde 2016, eles começaram a produzir seus próprios chips ópticos, otimizando a transmissão de dados entre data centers. Recentemente, representantes da organização , o que planejam implementar essas tecnologias fora dos data centers - em lidars para carros autônomos.
E no final
Até agora, as tecnologias fotônicas não podem ser consideradas uma solução universal. Sua implementação requer grandes investimentos na modernização técnica dos data centers. Mas desenvolvimentos, como os que estão sendo promovidos no MIT e em outras organizações, tornarão os chips ópticos mais baratos e provavelmente permitirão que sejam 'impulsionados' no mercado de equipamentos para data centers.
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Fonte: habr.com
