Minska energiförbrukningen i datacentret – en ny fotonisk chip kan hjälpa

MIT har utvecklat arkitekturen för en ny fotonprocessor. Den kommer att öka effektiviteten i optiska neuronnät med tusen gånger jämfört med liknande enheter.

Chippet kommer att minska mängden elektricitet som datacenter förbrukar. Här förklarar vi hur det är konstruerat.

Foto — Ildefonso Polo — Unsplash

Varför behövs en ny arkitektur

Optiska neuronnät arbetar snabbare än traditionella lösningar som använder elektroniska komponenter. Ljus krävs inte isolering av signalkanaler, och laserstrålar kan passera genom varandra utan ömsesidig påverkan. På så sätt kan alla signalkanaler fungera samtidigt, vilket möjliggör hög datatakt.

Men det finns ett problem — ju större neuronnätet är, desto mer energi förbrukar det. För att lösa detta problem utvecklas speciella accelererande chips (AI accelerators) som optimerar dataöverföring. Men de skalas inte så bra som önskat.

Problemet med energieffektivitet och skalning av optiska chip tas itu med på MIT och har presenterat en ny arkitektur för en fotonaccelerator, som minskar enhetens energiförbrukning med tusen gånger och fungerar med tiotals miljoner neuroner. Utvecklarna säger att tekniken i framtiden kommer att tillämpas i datacenter som interagerar med komplexa intelligenta system och maskininlärningsalgoritmer samt hanterar analys av stora datamängder.

Vad den innebär

Det nya chippet är byggt på en optoelektronisk krets. De data som överförs kodas fortfarande med optiska signaler, men för matrisprodukter används balanserad homodyn detektering (s. 30). Detta är en teknik som gör att en elektrisk signal kan bildas baserat på två optiska.

För att överföra ljusimpulser med information om ingående och utgående neuroner används en signalkanal. Data om vikterna hos neuronerna kommer å sin sida via separata kanaler. Alla dessa "sprids" till noder i ett nät av homodyn fotodetektorer, som beräknar utdata för varje neuron (bestämmer signalnivån). Denna information skickas till en modulator, som konverterar den elektriska signalen tillbaka till optisk. Därefter skickas den till nästa lager av neuronnätet, och processen upprepas.

I sin vetenskapliga artikel presenterar ingenjörer från MIT följande schema för ett lager: Large-Scale Optical Neural Networks Based on Photoelectric Multiplication

Bild: Den nya AI-acceleratorarkitekturen kräver bara en ingång och en utgång för varje neuron. Som ett resultat är antalet fotodetektorer lika med antalet neuroner, snarare än deras vikter. / CC BY

Denna metod sparar plats på chipet, ökar antalet användbara signalvägar och optimerar energiförbrukningen. Just nu skapar ingenjörerna vid MIT en prototyp som kommer att testa kapabiliteterna för den nya arkitekturen i praktiken.

Vilka andra utvecklar fotonchip?

Utvecklingarna av liknande teknik

Lightelligence — en liten startup i Boston. Företagets anställda hävdar att deras AI-accelerator kommer att lösa maskininlärningsuppgifter hundratals gånger snabbare än klassiska enheter. Förra året avslutade teamet prototyputvecklingen av sin enhet och förberedde sig för tester. arbetar med Arbetar inom fotonchip och Cisco. I början av året meddelade företaget om

köpet av startupen Luxtera, som designar fotonchip för datacenter. Företaget producerar särskilt hårdvaru-gränssnitt som möjliggör direktanslutning av fiberoptik till servrar. Denna metod ökar nätverkets kapacitet och snabbar upp dataöverföringen. Luxteras enheter använder speciella laser för att koda information och germaniumfotodetektorer för avkodning. Andra stora IT-företag, såsom Intel, arbetar också med optiska teknologier. Redan 2016 började de producera sina egna optiska chip som optimerar dataöverföring mellan datacenter. Nyligen meddelade representanterna för organisationen

Foto — Thomas Jensen — Unsplash

, att de planerar att implementera dessa teknologier utanför datacenter — i lidar-system för självkörande bilar. om vilka studier som ligger bakom de populära råden om hur man 'lär sig att lära sig'.Än så länge kan fotoniska teknologier inte kallas en universell lösning. Deras implementering kräver stora investeringar i teknisk ombyggnad av datacenter. Men utvecklingar som de i MIT och andra organisationer gör optiska chip billigare och kommer troligtvis att ”driva” dem in på den massmarknaden för datacenterutrustning.

Vad blev resultatet?

För tillfället kan fotoniteknologier inte kallas en universell lösning. Deras införande kräver stora investeringar i teknisk uppgradering av datacenter. Men projekt som de som utvecklas vid MIT och andra organisationer kommer att göra optiska chip billigare och troligen möjliggöra att de blir "utvecklade" för den massmarknaden av utrustning för datacenter.

En kort historia om containrar: från chroot till Kubernetes Hur hanterade databaser hjälper företag Vi hjälper företag att utveckla IT-infrastruktur och erbjuder tjänster för privata och hybrida moln. Här är vad vi skriver om i vår företagsblogg:

• Konvergerande och hyperkonvergerande miljöer som grunden för moderna företag.
• Managed IT - en ny ideologi för outsourcing
• NetApp från A till Ö: översikt av teknik från leverantören som används i moderna lagringssystem
• I Cyberpunk 2077 är det förbjudet att döda barn och viktiga NPCer
• I världen av containrar: en översikt över teknologier

Källa: habr.com