Η εκκίνηση επιταχύνει την πρόοδο προς τον υπολογισμό με την ταχύτητα του φωτός

By | March 3, 2024

Η εκκίνηση επιταχύνει την πρόοδο προς τον υπολογισμό με την ταχύτητα του φωτός

από τον Zach Winn | Ειδήσεις MIT

Boston MA (SPX) 4 Μαρτίου 2024






Η ικανότητά μας να ενσωματώνουμε όλο και μικρότερα τρανζίστορ σε ένα τσιπ έχει ενεργοποιήσει τη σημερινή εποχή των πανταχού παρών υπολογιστών. Αλλά αυτή η προσέγγιση τελικά ανταποκρίνεται στα όριά της, με ορισμένους ειδικούς να δηλώνουν το τέλος του νόμου του Moore και μια σχετική αρχή γνωστή ως Scaling του Dennard.

Αυτές οι εξελίξεις δεν θα μπορούσαν να έρθουν σε χειρότερη στιγμή. Η ζήτηση για υπολογιστική ισχύ έχει εκτοξευθεί στα ύψη τα τελευταία χρόνια, κυρίως λόγω της άνοδος της τεχνητής νοημοσύνης, και δεν δείχνει σημάδια επιβράδυνσης.

Σήμερα, η Lightmatter, μια εταιρεία που ιδρύθηκε από τρεις αποφοίτους του MIT, συνεχίζει τις αξιοσημείωτες προόδους στον τομέα της πληροφορικής, επανεξετάζοντας τη ζωή του τσιπ. Αντί να βασίζεται αποκλειστικά στην ηλεκτρική ενέργεια, η εταιρεία χρησιμοποιεί επίσης φως για την επεξεργασία και τη μεταφορά δεδομένων. Τα δύο πρώτα προϊόντα της εταιρείας, ένα τσιπ που ειδικεύεται στις λειτουργίες τεχνητής νοημοσύνης και μια διασύνδεση που διευκολύνει τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ των τσιπ, χρησιμοποιούν φωτόνια και ηλεκτρόνια για να οδηγήσουν πιο αποτελεσματικές λειτουργίες.

«Τα δύο προβλήματα που λύνουμε είναι: «Πώς μιλάνε οι ψύλλοι;» » και «Πώς το κάνεις αυτό [AI] υπολογισμοί;” λέει ο Nicholas Harris PhD ’17, συνιδρυτής και Διευθύνων Σύμβουλος της Lightmatter. “Με τα δύο πρώτα προϊόντα μας, το Envise και το Passage, αντιμετωπίζουμε και τα δύο αυτά ερωτήματα.”

Σε ένα νεύμα για την κλίμακα του προβλήματος και τη ζήτηση για τεχνητή νοημοσύνη, το Lightmatter συγκέντρωσε λίγο περισσότερα από 300 εκατομμύρια δολάρια το 2023 σε αποτίμηση 1,2 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Η εταιρεία προωθεί τώρα την τεχνολογία της σε μερικές από τις μεγαλύτερες εταιρείες τεχνολογίας στον κόσμο με την ελπίδα να μειώσει τη μαζική ζήτηση ενέργειας από κέντρα δεδομένων και μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης.

«Θα ενεργοποιήσουμε πλατφόρμες πάνω από την τεχνολογία διασύνδεσής μας, που αποτελούνται από εκατοντάδες χιλιάδες υπολογιστικές μονάδες επόμενης γενιάς», είπε ο Χάρις. “Αυτό απλά δεν θα ήταν δυνατό χωρίς την τεχνολογία που χτίζουμε.”

Από ιδέα έως 100.000 $
Πριν έρθει στο MIT, ο Χάρις εργαζόταν για την εταιρεία ημιαγωγών Micron Technology, όπου μελέτησε τις θεμελιώδεις συσκευές πίσω από τα ολοκληρωμένα τσιπ. Αυτή η εμπειρία τον έκανε να συνειδητοποιήσει πώς η παραδοσιακή προσέγγιση για τη βελτίωση της απόδοσης του υπολογιστή, της συσσώρευσης περισσότερων τρανζίστορ σε κάθε τσιπ, έφτανε στα όριά της.

«Είδα πώς ο οδικός χάρτης πληροφορικής επιβραδύνθηκε και ήθελα να μάθω πώς θα μπορούσα να τον συνεχίσω», λέει ο Χάρις. “Ποιες προσεγγίσεις μπορούν να βελτιώσουν τους υπολογιστές; Οι κβαντικοί υπολογιστές και η φωτονική ήταν δύο από αυτά τα μονοπάτια.”

Ο Χάρις ήρθε στο MIT για να εργαστεί στον φωτονικό κβαντικό υπολογισμό για το διδακτορικό του υπό την επίβλεψη του Dirk Englund, αναπληρωτή καθηγητή στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών. Ως μέρος αυτής της εργασίας, κατασκεύασε ολοκληρωμένα φωτονικά τσιπ με βάση το πυρίτιο που θα μπορούσαν να στέλνουν και να επεξεργάζονται πληροφορίες χρησιμοποιώντας φως και όχι ηλεκτρισμό.

Η εργασία είχε ως αποτέλεσμα δεκάδες πατέντες και περισσότερα από 80 ερευνητικά άρθρα σε έγκριτα περιοδικά όπως το Nature. Αλλά μια άλλη τεχνολογία τράβηξε επίσης την προσοχή του Χάρις στο MIT.

«Θυμάμαι ότι περπατούσα στο διάδρομο και έβλεπα μαθητές να βγαίνουν από αυτές τις αίθουσες διδασκαλίας σε μέγεθος αμφιθέατρο, να παρακολουθούν ζωντανά βίντεο διαλέξεων για να δω καθηγητές να διδάσκουν βαθιά μάθηση», θυμάται ο Χάρις, αναφερόμενος στην τεχνική τεχνητής νοημοσύνης. «Όλοι στην πανεπιστημιούπολη γνώριζαν ότι η βαθιά μάθηση θα ήταν ένα τεράστιο πρόβλημα, οπότε άρχισα να μαθαίνω περισσότερα γι’ αυτό και συνειδητοποιήσαμε ότι τα συστήματα που έφτιαχνα για φωτονικούς κβαντικούς υπολογιστές θα μπορούσαν πραγματικά να αξιοποιηθούν για τη βαθιά μάθηση.

Ο Χάρις είχε σχεδιάσει να γίνει καθηγητής μετά το διδακτορικό του, αλλά συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να προσελκύσει περισσότερη χρηματοδότηση και να καινοτομήσει γρηγορότερα μέσω μιας startup. Έτσι συνεργάστηκε με τον Darius Bunandar PhD ’18, ο οποίος επίσης σπούδαζε στο εργαστήριο του Englund, και τον Thomas Graham MBA. ’18. Οι συνιδρυτές ξεκίνησαν με επιτυχία στον κόσμο των startup κερδίζοντας τον Διαγωνισμό Επιχειρηματικότητας του MIT 2017 για $100.000.

Δες το φως
Το τσιπ Envise του Lightmatter παίρνει το μέρος του υπολογισμού ότι τα ηλεκτρόνια κάνουν καλά, όπως η μνήμη, και το συνδυάζει με ό,τι κάνει καλά το φως, όπως η εκτέλεση των μαζικών πολλαπλασιασμών μήτρας των μοντέλων βαθιάς μάθησης.

«Με τη φωτονική, μπορείτε να κάνετε πολλούς υπολογισμούς ταυτόχρονα, επειδή τα δεδομένα έρχονται σε διαφορετικά χρώματα φωτός», λέει ο Χάρις. “Σε ένα χρώμα, μπορεί να έχετε μια εικόνα ενός σκύλου. Σε άλλο χρώμα, μπορεί να έχετε μια εικόνα μιας γάτας. Σε άλλο χρώμα, ίσως ένα δέντρο, και μπορεί να έχετε αυτές τις τρεις λειτουργίες που περνούν από την ίδια μονάδα οπτικού υπολογιστή, Αυτός ο επιταχυντής matrix, ταυτόχρονα, αυξάνει τις λειτουργίες ανά περιοχή και επαναχρησιμοποιεί το υλικό που υπάρχει, αυξάνοντας έτσι την ενεργειακή απόδοση.

Το Passage εκμεταλλεύεται τα πλεονεκτήματα της καθυστέρησης και του εύρους ζώνης του φωτός για να συνδέσει τους επεξεργαστές με τρόπο παρόμοιο με τον τρόπο που τα καλώδια οπτικών ινών χρησιμοποιούν το φως για να στείλουν δεδομένα σε μεγάλες αποστάσεις. Επιτρέπει επίσης σε μάρκες τόσο μεγάλες όσο ολόκληρες γκοφρέτες να λειτουργούν ως ένας μόνο επεξεργαστής. Η αποστολή πληροφοριών μεταξύ των τσιπ είναι απαραίτητη για τη λειτουργία των τεράστιων φάρμες διακομιστών που τροφοδοτούν το cloud computing και εκτελούν συστήματα AI όπως το ChatGPT.

Και τα δύο προϊόντα έχουν σχεδιαστεί για να αποφέρουν εξοικονόμηση ενέργειας στην πληροφορική, κάτι που ο Harris λέει ότι είναι απαραίτητο για την κάλυψη της αυξανόμενης ζήτησης χωρίς να προκαλείται τεράστιες αυξήσεις στην κατανάλωση ενέργειας.

«Μέχρι το 2040, ορισμένοι προβλέπουν ότι περίπου το 80% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας στον πλανήτη θα δαπανηθεί σε κέντρα δεδομένων και υπολογιστές, και η τεχνητή νοημοσύνη θα αποτελεί ένα τεράστιο μερίδιο από αυτό», λέει ο Χάρις. “Όταν εξετάζετε τις εφαρμογές υπολογιστών για την εκπαίδευση αυτών των μεγάλων μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης, οδεύουν προς την κατανάλωση εκατοντάδων μεγαβάτ. Η κατανάλωση ενέργειας τους είναι στην κλίμακα των πόλεων.”

Η Lightmatter συνεργάζεται επί του παρόντος με κατασκευαστές τσιπ και παρόχους υπηρεσιών cloud για μαζική ανάπτυξη. Ο Χάρις σημειώνει ότι επειδή ο εξοπλισμός της εταιρείας λειτουργεί με πυρίτιο, μπορεί να παραχθεί από υπάρχουσες εγκαταστάσεις παραγωγής ημιαγωγών χωρίς τεράστιες αλλαγές στις διαδικασίες.

Αυτά τα φιλόδοξα έργα στοχεύουν να ανοίξουν ένα νέο μονοπάτι στην πληροφορική που θα έχει τεράστιες επιπτώσεις για το περιβάλλον και την οικονομία.

«Θα συνεχίσουμε να εξετάζουμε όλα τα μέρη των υπολογιστών για να δούμε πού μπορεί το φως να τα επιταχύνει, να τα κάνει πιο ενεργειακά αποδοτικά και πιο γρήγορα και θα συνεχίσουμε να αντικαθιστούμε αυτά τα εξαρτήματα», είπε ο Χάρις. “Προς το παρόν, εστιάζουμε στη διασύνδεση με το Passage και στους υπολογιστές με το Envise. Αλλά με την πάροδο του χρόνου, θα κατασκευάσουμε την επόμενη γενιά υπολογιστών και όλα θα αφορούν το φως.”

+ Διαγωνισμός Επιχειρηματικότητας 100.000 $ MIT

Σχετικοί σύνδεσμοι

Η ελαφριά ύλη

Αρχιτεκτονική, τεχνολογία και κατασκευή τσιπ υπολογιστών
Νέα Νανοτεχνολογίας από το SpaceMart.com

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *