Valaistusvoimainen Mikropiiri Parantaa Tekoälyä 100-Kertaisella Tehokkuudella

Floridan yliopiston tutkijat esittelivät valaistusvoimaisen mikropiirin, joka on suunniteltu tekolyän kehittämiseen. Tämä erityisesti suunniteltu mikropiiri perustuu fotoneihin sähköisten signaalien sijaan ja tarjoaa suorituskyvyn, joka on vertailukelpoinen nykyisten edistyneimpien vaihtoehtojen kanssa, käyttäen vain murto-osan energiasta. Tässä on, miten valaistusvoimainen mikropiiri voi auttaa tekolytekniikoiden kehittämisessä.

Miksi tekoäly tarvitsee uusia laitteistoratkaisuja

Koska tekoälyjärjestelmät ovat tullut välttämättömiksi monissa nykytekniikassa, alkavat nykyisen strategian heikkoudet paljastua. Nykyinen lähestymistapa perustuu jatkuvasti kehittyviin algoritmeihin suorituskyvyn parantamiseksi. Menneisyydessä tämä strategia oli tehokas, koska tekoälyinsinöörit voivat kehittää tehokkaampia ja erityisesti suunniteltuja algoritmeja suorituskyvyn parantamiseksi ilman laitteellisia esteitä.

Laskentavaatimukset

Nykyinen tekoälyekosysteemi näyttää kuitenkin erilaiselta, ja laitteet eivät pysty seuraamaan kasvavia laskentavaatimuksia. Jopa pienet tekniset rajoitukset, kuten sähköisten signaalien kulkuaika mikropiirin läpi, ovat osoittautuneet rajoittaviksi tekijöiksi tekoälyn suorituskyvyn kehittämisessä.

Energiakulutus

Tämä laskentavaatimus johtaa myös energiankulutuksen kasvuun. Mitä enemmän mikropiirejä käytetään tekoälyjärjestelmän voimakkaampana tekemiseen, sitä enemmän energiaa se kuluttaa. Nykyisten tehokkaimpien tekoälyjärjestelmien vaatimukset ovat asettaneet rajan nykyisen tekoälyjärjestelmän skaalautuvuudelle. Jotta voidaan ylittää nämä rajoitukset, tekoälyinsinöörien on vähennettävä tekoälytehtävien laskentavaatimuksia, koska mikropiirin nopeuden parantaminen on tyrehtynyt.

Miksi konvoluutio on niin energiankulutuksellinen tekoälyssä

Konvoluutio on tärkeä tehtävä, jonka tekoälyjärjestelmät suorittavat. Tämä termi viittaa siihen, miten neuroverkkotunnistavat kuvioita. Huomattavasti konvoluutio voi kattaa useita lähteitä, tunnistaa kuvioita tekstin, kuvan ja videofilesien kautta. Tämä prosessi on yksi modernin tekoälyn ydinkomponenteista, ja se on nykyisten järjestelmien energiankulutuksellisin osa. Huomattavasti joissakin tekoälyjärjestelmissä jopa 90 % kokonaisenergiankulutuksesta johtuu konvoluutiosta.

Valaistusvoimainen mikropiiri – tutkimus

Tutkimus ¹ Lähes energiankulutukseton fotoni-Fourier-muunnos konvoluutio-operaation kiihdyttämiseksi¹ valottaa fotoni-mikropiirin suunnittelua, joka tarjoaa tehokkaan, kompaktin ja matalan viiveen konvoluutio-ominaisuudet. Suunnittelu integroi mikroskooppiset optiset komponentit piisiruun, avaen oven nopeammalle prosessoinnille vähentyneillä energiavaatimuksilla.

Fotoni Joint Transform Correlator (pJTC)

Fotoni Joint Transform Correlator käyttää laser-valoa datan koodaamiseen ja lähettämiseen. Tämä strategia mahdollistaa nopean laskennan suorittamisen ilman sähköisen datan lähettämistä. Laser-valo-koodattu signaali lähetetään ja tallennetaan erityisesti suunnitelluilla linsseillä, jotka on suunniteltu pysymään viileinä ja tehokkaina.

Source – Advanced Photonics

Fresnel-linssejä

Insinöörit suunnittelivat mikroskooppiset, ohuet linssejä tämän tehtävän suorittamiseksi. Tarkalleen ottaen, pari miniatyyri-Fresnel-linssejä etsattiin suoraan mikropiiriin. Nämä linssejä ovat ohuempia kuin ihmisen hiukset ja ovat samanlaisia kuin niitä, joita käytetään suurissa majakoissa. Tärkeästi, niiden kohdistettu suunnittelu mahdollistaa valon datasiirtymisen tarkasti.

Fourier-muunnos

Prosessi alkaa, kun mikropiiri siirtää datan laser-valoon, joka ohjataan sitten Fresnel-linssejen läpi. Linssejä rekisteröi valokuvion ja muuttaa sen digitaaliseksi signaaliksi, mahdollistaen lisää prosessointitehtäviä. Tämä strategia poistaa viiveet, jotka johtuvat sähköisten signaalien nopeudesta, ja vähentää näiden järjestelmien käyttökustannuksia, mahdollistaen myös ainutlaatuisen toiminnallisuuden.

Aallonpituus-moniplexaus

Valaistusvoimaisen mikropiirin todellinen skaalautuvuuslisä tulee aallonpituus-moniplexauksesta. Aallonpituus-moniplexaus tarkoittaa eri värillisten laserien käyttämistä rinnakkaisissa laskentaoperaatioissa samalla mikropiirillä. Se on yleinen tapa parantaa datan siirtämistä ja tallentamista muissa medioissa.

Aallonpituus-moniplexauksen integrointi valaistusvoimaisiin tekoälymikropiireihin avaa oven merkittäville suorituskyvyn parannuksille ilman energiankulutuksen kasvua. Tarkalleen ottaen valaistusvoimainen mikropiiri vähensi virrankulutusta 100-kertaisesti verrattuna perinteisiin tekoälymikropiireihin, joilla on samanlainen suorituskyky.

Valaistusvoimainen mikropiiri – testi

Insinöörit suorittivat useita testejä osoittaakseen, että heidän valaistusvoimaisella mikropiirillään voisi tarjota huipputason suorituskyvyn minimaalisesta energiankulutuksesta. Yksi ensimmäisistä testeistä oli käyttää tekoälyä käsin kirjoitettujen numeroiden luokitteluun. Tiimi testasi myös järjestelmän energiankulutuksen ja datan siirtymisen prosessin aikana. Heidän tuloksensa ovat vaikuttavat.

Valaistusvoimaisen mikropiirin suorituskyky

Suorituskyvyn osalta mikropiiri tarjoaa datan prosessoinnin, joka on vertailukelpoinen korkean suorituskyvyn perinteisten elektronisten mikropiirien kanssa. Tarkalleen ottaen se saavutti 98 %:n tarkin luokittelutuloksen käsin kirjoitettujen numeroiden testissä. Nämä tulokset säilyivät samoina, vaikka insinöörit alkoivat lisätä aikaviiveitä syötesignaaleihin.

Mikropiirin moniplexausominaisuudet osoittivat luotettavan suorituskyvyn. Uusi arkkitehtuuri tarjosi poikkeuksellisen datan siirtymisen ja pystyi suorittamaan korkean tason laskentaoperaatioita lähes nollaan energiankulutukseen. Nämä testit avaavat oven kestävien datakeskuksien kehittämiseen, jotka voivat skaalautua tekoälyteollisuuden kasvavan tarpeiden mukaan.

Swipe to scroll →

Valaistusvoimaisen mikropiirin hyödyt

On pitkä lista hyödyistä, jotka valaistusvoimaisen mikropiiri -tutkimus toi markkinoille. Yhtenä hyödynä on sen suunnittelu, joka vähentää laskentamonimutkaisuutta. Nykyisten sähköisten mikropiirien käyttäminen johtaa jo atomitason laitteisiin, jotka vaativat kalliita valmistusmenetelmiä. Optisten mikropiirien tarvitsee vähemmän komponentteja ja saavuttaa paremman tuloksen.

Matala viive

Insinöörit onnistuivat tehtävässään luoda valaistusvoimainen konvoluutio-kiihdytin, joka on erityisesti suunniteltu tekoälytehtäviä varten. Moniplexausominaisuudet tarjoavat mikropiirille kilpailukykyisen suorituskyvyn ja vertaamattoman tehokkuuden. Tämän vuoksi se voi olla avain luomassa nopeampia ja kykykkäämpiä tekoälymalleja tulevaisuudessa.

Tehokkuus

Jos maailma haluaa täyttää YK:n nettonollan päästörajoitukset, on keskityttävä energiankulutuksen vähentämiseen. Tämä mikropiirisuunnittelu leikkaa energiankäytön jopa 100-kertaisesti säilyttäen samalla minimaalisen muodon. Huomattavasti tämä tutkimus tarjoaa ensimmäisen tekoälyyn keskittyvän fotoni-mikropiirisuunnitelman, joka saavuttaa merkittävän suorituskyvyn ilman lisätarpeita.

Skaalautuvuus

Tämän strategian skaalautuvuus on vertaamaton. Koska datakeskukset lisääntyvät maailmanlaajuisesti, energiatehokkaiden mikropiiriratkaisujen vaatimus kasvaa. Tämä strategia voi helpottaa siirtorajoituksia prosessoiden useita datavirtoja samanaikaisesti, avaen oven matalan energian datakeskuksille, jotka voidaan rakentaa tulevaisuudessa.

Valaistusvoimaisen mikropiirin reaaliMaailman sovellukset ja aikajana:

On useita sovelluksia valaistusvoimaiselle mikropiirille. Yhtenä sovelluksena laite voi auttaa voimakkaampaa tutkimusta ja innovaatioita eteenpäin. Koska se on ensimmäinen tutkimus, joka on onnistuneesti luonut matalan energian, korkean suorituskyvyn tekoälyyn keskittyvän fotoni-mikropiirin, se edustaa merkittävää loikkaa kestävyydessä ja skaalautuvuudessa. Nämä tekijät voivat suoraan kääntyä tehokkaampiin algoritmeihin tulevaisuudessa.

Pilvipalvelut

Näet nämä mikropiirit siirtyvän datakeskuksiin ensin. Nämä suuret sijaintipaikat ovat nykytekniikan renessanssin ydintä. Pilvipalvelut vaativat suuria sijainteja, jotka sisältävät tuhansia tietokoneita ja voivat daisy-ketjussa toisiin sijainteihin tarjotakseen tallennustilaa ja laskentatehoa asiakkaille.

Valaistusvoimainen mikropiiri vähentää ylläpito- ja energiavaatimuksia näille sijainteille, avaen oven korkean suorituskyvyn tekoälylle vähäisellä energiankulutuksella. Energiansäästöt ovat niin suuria, että voit odottaa, että monet datakeskukset siirtyvät fotoni-mikropiiriin perustuviin järjestelmiin, kun ne tulevat saataville.

Viestintä

On useita tapoja, joilla tämä teknologia voi auttaa viestinnän parantamisessa ratkaisemalla kriittisiä ongelmia, kuten viimeisen mailin ongelman. Jo insinöörit ovat integroineet tekoälyä parantamaan dataa siirtämistä. Nyt nämä komponentit vaativat vähemmän energiaa ja voidaan linkittää ja suorittaa rinnakkain parantamaan prosessointitehoa.

Korkean suorituskyvyn laskenta

Tämä teknologia auttaa voimakkaampien tietokoneiden kehittämisessä tulevaisuudessa. Nämä laitteet integroivat tekoälyä muiden teknologioiden, kuten kasvojen tunnistamisen ja kielen käännöksen, kanssa parantamaan ihmisen ja tietokoneen välistä vuorovaikutusta. Tavoitteena on tehdä laskenta tehokkaammaksi ja vähemmän hämmentäväksi uusille käyttäjille.

Sotilas

Sotilas on jo tutkinut tätä teknologiaa. Riippuvuus tekoälyjärjestelmistä kaikenlaisiin tehtäviin, kuten uhka-analyysiin ja droonien ohjaukseen, on nykyään normaalia. Tämän vuoksi nämä järjestelmät tarvitsevat jatkuvaa päivittämistä torjumaan vihollisia. Tärkeästi energiankulutuksen vähentäminen tekoälyjärjestelmissä avaa oven monille innovaatioille, kuten natiivisesti perustuville järjestelmille, jotka eivät vaadi keskusjohtoista viestintää toimimiseksi.

Lääketiede

Tekoäly jatkaa lääketieteen alan vallankumousta. On useita tekoälyjärjestelmiä, jotka ovat käytössä tänään, ja ne voivat havaita sairauksia, auttaa toipumisessa, suositella hoitoja ja suorittaa leikkauksia. Tämä parannettu mikropiirisuunnittelu voi auttaa pelastamaan elämiä tekemällä lääketieteelliset laitteet turvallisemmiksi ja tehokkaammiksi. Tulevat laitteet voivat vaatia vähemmän energiaa, jolloin ne voivat toimia pidempään ja tarjota enemmän hyödyllisiä ominaisuuksia.

Liikkuva laitteet

Liikkuva laitteet ovat toinen ala, joka näkee merkittäviä suorituskyvyn parannuksia valaistusvoimaisen mikropiirin integroinnin myötä. Nämä mikropiirit mahdollistavat suunnittelijoiden luomisen pienempiä, kykykkäämpiä laitteita, joilla on vähemmän akunvaatimuksia. Liikkuva laitteet, jotka käyttävät vähemmän energiaa, voivat olla pienempiä tai tarjota enemmän ominaisuuksia, mikä lisää niiden hyödyllisyyttä.

Aikajana

Se voi kestää 3-5 vuotta, ennen kuin insinöörit voivat saada valaistusvoimaisen mikropiirin markkinoille. On merkittävä kysyntä tuotteelle. Insinöörien on kuitenkin etsittävä teollisuuspartnerien apua suunnittelun ja valmistusmenetelmien hienosäätöön. Huolimatta mahdollisista viivästysten, kysyntä näille mikropiireille on korkea, ja tekoälyyritykset ovat todennäköisesti investoivat runsaasti tähän projektiin sen odotettavien hyötyjen vuoksi.

Valaistusvoimaisen mikropiirin tutkijat

Valaistusvoimaisen mikropiiri -tutkimus järjestettiin Floridan yliopistossa osallistujina Floridan puolijohde-instituutti, UCLA ja George Washingtonin yliopisto. Tutkimusluettelo mainitsee Hangbo Yangin, Nicola Pesericón, Shurui Lin, Xiaoxuan Man, Russell L. T. Schwartzin, Mostafa Hosseinin, Aydin Babakhanin, Chee Wei Wongin, Puneet Guptan ja Volker J. Sorgerin päätyöntekijöinä. Huomattavasti tutkimus oli osittain rahoitettu laivaston tutkimusrahastosta.

Valaistusvoimaisen mikropiirin tulevaisuus

Valaistusvoimaisen mikropiirin tulevaisuus näyttää lupaavalta. Voit odottaa, että tämä työ avaa oven enemmän mikropiiriin perustuville optiikoille. Tulevaisuudessa tämä lähestymistapa voi tulla teollisuuden standardiksi tekoälysovelluksissa, mahdollistaen tekoälyteollisuuden noudattaa ympäristövaatimuksia.

Investointi tekoälyyn

On useita yrityksiä, jotka ovat osoittaneet merkittävyyttä edistääkseen seuraavan sukupolven tekoälyominaisuuksia. Nämä yritykset kattavat kaiken mikropiirin valmistajista tekoälyalgoritmien kehittäjiin ja lisää. Heidän työnsä jatkaa innovaatiota ja tietoisuutta tekoälysovelluksista. Tässä on yksi yritys, joka on ansainnut maineen luovuudestaan ja sitoutumisestaan ratkaisemaan tekoälyn suurimpia ongelmia.

NVIDIA

Piilaakson NVIDIA tuli markkinoille vuonna 1993. Yritys perustettiin Jensen Huangin, Chris Malachowskyn ja Curtis Priemin toimesta tarjoamaan korkean suorituskyvyn grafiikkaprosessoreita markkinoille. Nykyään se on johtava grafiikkaprosessoreiden tarjoaja ja tunnustettu yhtenä innovatiivisimmista tekoälyyrityksistä.

NVIDIA on aina ollut innovatiivinen. Sen NV1-grafiikkakiihdyttimen julkaisusta vuonna 1995 yritys on nauttinut kasvavaa kuluttaja- ja sijoittajatukea. Vuonna 1999 yritys meni julkiseksi. Vähemmän kuin vuosi myöhemmin se sai strategisen kumppanuuden Microsoftin kanssa grafiikkaprosessorin toimittajana XBOX-pelijärjestelmään.

Vuonna 2019 NVIDIA hankki Mellanoxin osana laajempaa strategiaansa parantaa markkinapaikkaansa datakeskuksissa. Nykyään se pitää hallitsevaa asemaa datakeskuksissa ja tarjoaa joitakin luotettavimpia grafiikkakortteja ja tekoälyjärjestelmiä, jotka ovat saatavilla.

Uusimmat NVDA (NVDA) osakeuutiset ja suorituskyky

Valaistusvoimainen mikropiiri | Johtopäätös

Valaistusvoimaisen mikropiiri -tutkimus avaa oven kestävämmälle tulevaisuudelle, jossa suorituskyvyn lisääminen ei aina tarkoita energiankulutuksen kasvua. Valaistusvoimainen mikropiiri tarjoaa insinööreille näyn parempaan tapaan saavuttaa tekoälytasolla olevia laskentaoperaatioita ilman tarvetta imeä voimaloita tyhjäksi. Tämän vuoksi ja monista muista syistä tämä tiimi ansaitsee seistä täysinä.

Opi lisää muista jännittävistä tekoälytekniikoista nyt.

Viitteet:

^{1. Hangbo Yang, Nicola Peserico, Shurui Li, Xiaoxuan Ma, Russell L. T. Schwartz, Mostafa Hosseini, Aydin Babakhani, Chee Wei Wong, Puneet Gupta, Volker J. Sorger. Near-energy-free photonic Fourier transformation for convolution operation acceleration. Advanced Photonics, 2025; 7 (05) DOI: 10.1117/1.AP.7.5.056007}