На самом деле исследовательская группа MIT и со-исследователи также сделали подобные открытия в своей ранее предложенной в 2016 году архитектуре вычислительных чипов, которая использует фотоны вместо электронов как теоретическое взаимодействие света и самой линзы Сложные вычисления: преобразование Фурье. Используя этот принцип и используя несколько методов управления лучом, корреляции можно использовать для поиска желаемого результата поиска, а архитектура кристалла называется исследовательской группой как программируемая нано Фотонный процессор.
В июне 2017 года исследовательская группа MIT представила документ о программируемых нанофотонных процессорах и опубликовала в Nature - Photonics, первый автор и корреспондент газеты, родившийся в Ханчжоу В настоящее время Шен является соучредителем и генеральным директором компании Lightelligence и одной из 35 китайских инновационных молодых молодых людей в возрасте до 35 лет, отобранных MIT Review в 2017 году.
Фотонные вычисления имеют уникальные преимущества при работе с некоторыми алгоритмами ИИ
Рисунок 丨 2017 MIT Review 35-летняя 35-летняя научно-техническая инновация в Китае выбрана, соучредитель Lightelligence и генеральный директор Shen также Morning
Под руководством Shen Yichen компания Lightelligence изо всех сил старается разработать технологию оптических чипов, включая чип-дизайн, основной алгоритм, передачу, периферию и т. Д., Чтобы создать полную экологию оптических вычислений. Поскольку технология, разработанная Lightelligence, скорее всего, полностью изменит вычислительную экологию И поэтому они получают большое внимание, в том числе Baidu, который видит облачные вычисления в качестве основного проекта развития, а также несколько руководителей в полупроводниковой отрасли США, все из которых стали ранними инвесторами в Lightelligence из-за их оптимизма в отношении будущего фотонных чипов.
Shen Yichen сказал DT Jun, что благодаря своей нано-фотонной исследовательской программе в программе Ph.D. в Массачусетском технологическом институте приложения AI быстро взлетели только в 2015 году. Хорошо известно, что в дополнение к данным использование аппаратного обеспечения для ИИ также очень важно , Так началась идея использования фотонов в вычислительных средах.
Но почему никто никогда не думал, что до 2015 года должен использовать эффект фотона для проведения расчета нервной сети. Шен Шен Чен сказал, что это связано с тем, что расчеты нейронной сети не пользуются популярностью в прошлом, а традиционный логический расчет - не лучшее место, которое рассчитывает фотон.
Фактически, фотонный чип может быть наиболее подходящей будущей аппаратной архитектурой для вычислений AI, поскольку природа света по своей природе линейна (самая важная часть вычислений AI), которая включает в себя высокоразмерные параллельные вычисления. Напротив, хотя квантовое вычисление привлекло много внимания в последнее время из-за ИИ, квантовые вычисления по-прежнему являются областью, которая лучше подходит для декодирования или поиска. Кроме того, она еще не созревает в массовом производстве, но ее потенциал нельзя недооценивать.
От передачи до расчета фотонные чипы станут окончательным решением для вычислений?
Два совершенно разных физических явления, электрических и оптических, наконец, удалось собрать вместе после того, как Intel представила первый стандартный гибридный кремниевый лазер с CMOS-технологией с 2006 года. На протяжении многих лет оптическая передача ультравысокой полосы пропускания на основе этой технологии Архитектура стала фаворитом высокопроизводительных центров обработки данных, тем самым эффективно уменьшая узкие места в системе, вызванные большими объемами передачи данных.
В 2015 году исследователи IBM опубликовали новую экспериментальную технику для фотонных вычислений путем интеграции массива кремниевых фотонов в тот же размер упаковки, что и процессор, но проблема с кремниевой фотоникой всегда была оптическим интерфейсом чипа, но решение для фотоники IBM Решение может быть применено к системным чипам (SoCs), передавая свет между микросхемами с недорогими краевыми коннекторами или чип-коммуникацией путем простого соединения краев микросхемы CMOS.
Эти фотонные микросхемы в основном разработаны для решения традиционных проблем межсоединений между микросхемами или чипами для памяти. С интегральным изобретением фотонных кристаллов, заменой прошлой огромной комплексной оптической архитектуры передачи и Быстрее, ниже латентность.
Однако реальная концепция вывода фотонов в область вычислений и даже формирования «фотонного чипа» была только постепенно обнаружена за последние два года.
Хотя технология полупроводниковых чипов основана на интеграции новых приложений и алгоритмов, все больше и больше можно сделать. Фактически, сама архитектура микросхем основана на одной и той же логике и ограничена полупроводниковой технологией, вычислительной мощностью, размером и Потребление энергии, формирование затрат трудно сбалансировать четыре угла отношений.
В это время индустрия также активно ищет новые вычислительные технологии, которые могут нарушить статус-кво. GPGPU, нейронные сетевые чипы, DSP и FPGA все выдвигаются в разное время и хорошо подходят для обработки приложений, однако эти чипы не решают фундаментальной проблемы Проблема, то есть ее физические ограничения, основанные на полупроводниковой структуре.
Принцип фотонов синапсов
Растущие вычислительные потребности ИИ привносят архитектуру обработки в работу. В настоящее время Intel объединяет вычислительную мощность процессора и ПЛИС в будущем, чтобы справиться с более сложными сценариями приложений. NVIDIA значительно усиливает последние поколения решений GPU Кроме того, многие надеются ввести более подходящие новые архитектуры для конкретных вычислений, таких как NPU, квантовые вычисления и новейшие вычислительные концепции: фотонные схемы на основе фотонных схем (Photonic Circuits) вычислительной архитектуры.
Фактически, «свет» использовался в вычислительной среде более десятилетия и в основном использовался для передачи данных между различными чипами или устройствами хранения. Однако, поскольку связанные технологии передачи слишком дороги и должны быть размещены Дорогостоящий периметр может показать свои преимущества, и поэтому передача «света» никогда не распространялась на потребительский рынок, что заставило нас не иметь четкого понимания этого факта.
Однако расчет является еще одним уровнем проблемы.
Рисунок ics Фотонный чип SMART Photonics
С очень простой концепцией для объяснения фотонного вычислительного чипа используется бесчисленное множество оптических переключателей, эта роль аналогична логическим затворам в полупроводниковых микросхемах, использованию разных длин волн, фазе и интенсивности комбинаций света, сложному зеркалу, фильтру И призматическая структура массива обработки информации.
Кремниевые фотоники, такие как микроэлектроника, основаны на кремниевых полупроводниковых архитектурах, а кремний приобрел популярность в качестве оптической связи, которая может быть использована для мгновенной передачи больших объемов данных из-за быстрого отклика и параллельного характера света и поэтому широко используется в данных Центр сервера. Поскольку процесс переноса фотонов стабилен, параллельная способность и конструкция коррекции ошибок относительно просты, передача и преобразование требуемой энергии очень малы, поэтому использование архитектуры фотонных вычислений теоретически может быть относительно низким энергопотреблением Во-вторых, фотонные чипы теоретически могут использоваться на очень малых приложениях, таких как мобильные устройства.
Фотонные микросхемы могут использоваться в современной зрелой полупроводниковой технологии, а микросхема фотоники все еще находится на экспериментальной стадии, и только старая технология микронного масштаба может быть достигнута значительно за пределами существующей вычислительной мощности полупроводниковых кристаллов и, следовательно, будущего пространства миниатюризации технологий. С увеличением плотности чипов производительность может быть существенным ростом и даже иметь возможность полностью переписать пределы Закона Мура.
Технология CMOS следует за самым большим преимуществом фотонных вычислений, но цель заключается не в замене традиционных полупроводниковых вычислений
Рисунок 丨 CMOS
Shen Yichen также сказал, что, поскольку фотонный чип в основном по-прежнему основан на текущем производстве CMOS, он более выгоден с точки зрения стоимости или технологии массового производства, чем специальный процесс, используемый в квантовых вычислениях. Хотя фотонный чип в лаборатории в настоящее время находится в плотности Это лучше, чем традиционный полупроводниковый чип, но намного лучше, чем квантовый чип.
Производительность фотонных чипов зависит от архитектуры и алгоритма, например, от того, сколько разных длин волн света использовать в одно и то же время для объединения, или полосы пропускания оптического сигнала, используемого в чипе, и узкое место фотоэлектрического преобразования, но только из физического Особенная точка зрения в соответствующем алгоритме для достижения в сотни раз скорости традиционных полупроводниковых микросхем не представляет большой проблемы.
Конечно, теоретически фотонные микросхемы могут быть крупномасштабными, но также могут быть очень маленькими, но поскольку свет не подходит для нелинейных вычислений, то для других интегральных схем и размеров светового чипа будут некоторые нормы, чтобы полностью заменить полупроводниковый чип Все еще есть большие трудности.
От микросхемы разрабатывается алгоритм для окружающей экологии
Шень Йичэн также подчеркнул, что в настоящее время завершено завершение лабораторного этапа разработки чипа фотолинии Lightelligence. Соответствующие проекты ведутся с точки зрения алгоритмов, шин и хранилищ. Конечно, самой важной проблемой в вычислительных микросхемах является экология, требующая дополнительных исследований Учреждения и компании должны присоединиться к расширению оптических вычислений в полевых условиях для совместного создания.
Поскольку основным продуктом является чип, поэтому основная часть представляет собой комбинацию алгоритма и аппаратного обеспечения, а также соответствующие инструкции и компилятор микросхем и работу Lightelligence, чтобы сделать разработанный чип применимым к популярной в настоящее время структуре, например TensorFlow, Caffe и так далее.
Кроме того, Lightelligence также разрабатывает периферийный дизайн из-за особенностей подсчета фотонов при передаче или хранении, но, конечно, текущая система хранения ускоряет скорость посадки, но может ограничивать производительность фотонных вычислений, Таким образом, эта часть будущего, или с оптимизированным дизайном фотонов в качестве цели, сможет выделить общие преимущества фотонных вычислений.
Сегодня команда Lightelligence прилагает все усилия, чтобы улучшить экологию фотонных вычислений, конечно, еще не зрелая, но индустрия высокопроизводительных вычислений и даже лучшая архитектура нейронных сетей имеет очень большие надежды, я полагаю, что ее фотонная вычислительная архитектура приземлилась, может быть значительно ускорена Общий ИИ вычисляет экологические изменения.
Shen Yichen сказал, что для конкретной цели или для общей вычислительной мощности это будет выбор различных процессов для разработки архитектуры микросхемы. Первые технологии технологии или приложения для приложений Lightelligence включают в себя более зрелые приложения для создания фотонных микросхем, а затем постепенно расширяются до Ряд приложений, но также и усилия по разработке передней и задней части технологии фотонных чипов, для разных будущих сценариев вычислений лучше подходят.
Шен также подчеркнул, что на пути к фотонным вычислениям в целом еще много важных технических усовершенствований, но, вероятно, это лучшее время и самое близкое к достижению, по сравнению с прошлыми попытками фотонных вычислений.