Прорывной чип команды из Флориды использует линзы Френеля и мультиплексирование длин волн для ускорения задач искусственного интеллекта и одновременного сокращения потребления электроэнергии.
Процессор на сокете материнской платы компьютера. (иллюстративное изображение)
krisanapong detraphiphat/Getty Images
Искусственный интеллект становится основой современных технологий — от распознавания лиц до приложений-переводчиков. Однако для питания моделей ИИ требуется большое количество электроэнергии, что ставит под сомнение эффективность и устойчивость.
Исследователи из Университета Флориды считают, что нашли способ решить эту проблему. Их новый чип использует свет, а не только электричество, для выполнения одной из самых сложных задач искусственного интеллекта.
Прорыв в области световых вычислений
Чип предназначен для выполнения операций свёртки, ключевой функции машинного обучения. Эти операции позволяют ИИ обнаруживать закономерности в изображениях, видео и тексте. Они также потребляют значительные вычислительные мощности.
Команда интегрировала оптические компоненты непосредственно в кремниевый чип. Лазерный свет и микроскопические линзы позволяют выполнять свертки быстрее и с меньшими энергозатратами.
«Выполнение ключевых вычислений машинного обучения с практически нулевым потреблением энергии — это шаг вперёд для будущих систем ИИ», — заявил руководитель исследования Фолькер Дж. Зоргер, профессор кафедры полупроводниковой фотоники Университета Флориды, лауреат премии Райнса. «Это критически важно для дальнейшего расширения возможностей ИИ в ближайшие годы».
Испытания показали, что прототип классифицирует рукописные цифры с точностью около 98 процентов, что сопоставимо с обычными чипами.
Система основана на двух наборах линз Френеля – плоских сверхтонких структур, подобных тем, что используются в маяках. Каждая линза тоньше человеческого волоса и вытравлена на чипе с помощью стандартных полупроводниковых технологий.
Для выполнения свертки данные преобразуются в лазерный луч на чипе.
Этот свет проходит через линзы Френеля, которые выполняют математическое преобразование. Результат преобразуется обратно в цифровой сигнал для модели искусственного интеллекта.
«Это первый случай, когда кто-то поместил этот тип оптических вычислений на чип и применил его к нейронной сети искусственного интеллекта», — сказал Хангбо Ян, научный сотрудник в группе Зоргера и соавтор исследования.
Мультиплексирование для параллельной обработки
Чип также может обрабатывать несколько потоков данных одновременно. Разработчики добились этого, используя лазеры разных цветов. Этот подход известен как мультиплексирование по длинам волн.
«Мы можем пропускать через линзу свет разных длин волн, или цветов, одновременно», — сказал Ян. «Это ключевое преимущество фотоники».
В проекте приняли участие Флоридский институт полупроводников, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и Университет Джорджа Вашингтона.
Зоргер отметил, что такие крупные игроки, как NVIDIA, уже используют оптические компоненты в своих системах искусственного интеллекта. Это может облегчить вывод нового чипа на рынок.
«В ближайшем будущем оптика на базе чипов станет ключевой частью каждого чипа ИИ, который мы используем ежедневно», — сказал Зоргер. «А на очереди — оптические вычисления ИИ».
Сократив потребление энергии и сохранив высокую точность, чип команды из Флориды может помочь масштабировать ИИ для удовлетворения мирового спроса.
Если технология выйдет за рамки лабораторных исследований, то вскоре световые чипы смогут стать основой многих инструментов искусственного интеллекта, которыми люди пользуются каждый день.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Photonics.
Sourse: interestingengineering.com
