Η Κίνα έχει αναπτύξει αθόρυβα ένα τσιπ υπολογιστή που είναι 100 φορές ταχύτερο από τον ηγέτη της αγοράς Nvidia

Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Jiao Tong της Σαγκάης και το Πανεπιστήμιο Tsinghua έχει αναπτύξει ένα οπτικό τσιπ υπολογιστή, το LightGen, το οποίο φέρεται να έχει ξεπεράσει το τσιπ A100 της Nvidia σε ταχύτητα και ενεργειακή απόδοση πάνω από 100 φορές για εργασίες παραγωγής τεχνητής νοημοσύνης. Αυτό γράφει η South China Morning Post.

Το LightGen χρησιμοποιεί φωτονικούς νευρώνες - πάνω από 2 εκατομμύρια ενσωματωμένους σε ένα μόνο τσιπ - για την επεξεργασία και τη δημιουργία εικόνων και βίντεο υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιώντας την ταχύτητα του φωτός αντί για ηλεκτρόνια.

Η έρευνα, με επικεφαλής τον καθηγητή Chen Yitong και δημοσιεύτηκε στο Science, έδειξε ότι το LightGen θα μπορούσε να εκτελέσει λειτουργίες όπως η δημιουργία εικόνων, η αφαίρεση θορύβου και η μεταφορά στυλ με εικόνες με πολλές λεπτομέρειες.

Το LightGen χρησιμοποιεί έναν νέο αλγόριθμο εκπαίδευσης χωρίς επίβλεψη, ο οποίος καταργεί την ανάγκη για μεγάλα σύνολα δεδομένων με ετικέτα και βασίζεται στη στατιστική αναγνώριση προτύπων.

Τα πειράματα διαπίστωσαν ότι το τσιπ πέτυχε ρυθμό μετάδοσης δεδομένων 35,700 TOPS και ενεργειακή απόδοση 664 TOPS/watt, σύμφωνα με μια συντηρητική εκτίμηση.

Οι ερευνητές είπαν ότι αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το LightGen και ο φωτονικός υπολογισμός θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη διαχείριση των αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών της τεχνητής νοημοσύνης.

Το κινεζικό CGTN γράφει:

Μια βασική καινοτομία έγκειται στη χρήση πηγών μικροχτένας σολιτονίου, οι οποίες παρέχουν πάνω από 100 κανάλια μήκους κύματος.

«Έχουμε επιτύχει αλληλεπίδραση πληροφοριών και υπολογισμούς με πολυπλεξία άνω των 100 μηκών κύματος σε ένα οπτικό τσιπ, επιδεικνύοντας παράλληλη επεξεργασία πληροφοριών υψηλής πυκνότητας στο τσιπ», δήλωσε ο Xie Peng, ερευνητής στο SIOM.

Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς οπτικούς υπολογιστές που χρησιμοποιούν ένα μήκος κύματος, αυτή η υπερπαράλληλη προσέγγιση αξιοποιεί πάνω από 100 ξεχωριστά μήκη κύματος φωτός για την ταυτόχρονη επεξεργασία ροών δεδομένων — αυξάνοντας την υπολογιστική ισχύ έως και 100 φορές χωρίς αύξηση του μεγέθους ή της συχνότητας του τσιπ, σύμφωνα με τη μελέτη.

«Είναι σαν να μετατρέπεις έναν αυτοκινητόδρομο μονής λωρίδας σε έναν σούπερ αυτοκινητόδρομο που μπορεί να χειριστεί εκατό οχήματα παράλληλα, αυξάνοντας σημαντικά την απόδοση ανά μονάδα χρόνου χωρίς να αλλάξει το υλικό του τσιπ», δήλωσε ο Han Xilin, μηχανικός στο SIOM.

Ο οπτικός υπολογισμός, με τα φυσικά του πλεονεκτήματα της υψηλής συχνότητας, του υψηλού παραλληλισμού και του μεγάλου εύρους ζώνης, προσφέρει σημαντικές δυνατότητες βελτίωσης της πυκνότητας και της ισχύος δεδομένων μέσω αυξημένου παραλληλισμού. Αυτή η παράλληλη αρχιτεκτονική οπτικών υπολογιστών έχει ευρείες εφαρμογές σε τομείς όπως η τεχνητή νοημοσύνη και τα κέντρα δεδομένων.

Συγκεκριμένα, υπόσχεται αποτελεσματικές λύσεις για ενσωματωμένη νοημοσύνη, νευρωνικά δίκτυα, φυσικές προσομοιώσεις και απεικόνιση. Επιπλέον, οι ιδιότητες χαμηλής καθυστέρησης του φωτονικού υπολογισμού τον καθιστούν ιδανικό για συσκευές αιχμής με μικρό όγκο δεδομένων αλλά υψηλές απαιτήσεις καθυστέρησης, όπως δίκτυα ανταλλαγής επικοινωνίας και σμήνη drone.

Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν την Τρίτη ως εξώφυλλο στο περιοδικό eLight, με τίτλο «Parallel Optical Computing Capable of 100-Wavelength Multiplexing».

Τεχνολογία: Το τσιπ χρησιμοποιεί φως (παλμούς λέιζερ) αντί για ηλεκτρόνια για την επεξεργασία δεδομένων. Ενσωματώνει πάνω από 2 εκατομμύρια φωτονικούς νευρώνες σε ένα τσιπ μόλις 136,5 mm². Έχει μια νέα αρχιτεκτονική που ονομάζεται «οπτικός λανθάνων χώρος» για αποτελεσματική συμπίεση δεδομένων και έναν αλγόριθμο εκπαίδευσης χωρίς επίβλεψη που μαθαίνει στατιστικά μοτίβα χωρίς μαζικά επισημασμένα σύνολα δεδομένων (περισσότερο παρόμοια με την ανθρώπινη μάθηση).

Αυτό θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει μια στροφή προς τους φωτονικούς υπολογιστές για τη γενετική τεχνητή νοημοσύνη, να μειώσει την τεράστια κατανάλωση ενέργειας στην ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης και να κάνει τη σύνθετη δημιουργική τεχνητή νοημοσύνη πιο βιώσιμη. Ο Chen Yitong δηλώνει ότι παρέχει μια νέα οδό για τη σύνδεση προηγμένων αρχιτεκτονικών τσιπ με καθημερινές πολύπλοκες εργασίες τεχνητής νοημοσύνης με σημαντικά μεγαλύτερη ταχύτητα και αποτελεσματικότητα.

Τεράστια έκρηξη για τη στρατηγική των ΗΠΑ

Οι ΗΠΑ προσπάθησαν πρωτίστως να επιτύχουν αρκετούς στρατηγικούς στόχους αρνούμενοι στην Κίνα την πρόσβαση σε προηγμένα τσιπ Nvidia (όπως τα μοντέλα A100, H100 και νεότερα) και άλλη τεχνολογία ημιαγωγών μέσω ελέγχων εξαγωγών που ξεκίνησαν το 2022 και έγιναν αυστηρότεροι τόσο υπό τις κυβερνήσεις Μπάιντεν όσο και Τραμπ.

Ο κύριος στόχος ήταν να αποτραπεί η πρόσβαση του κινεζικού στρατού και των υπηρεσιών πληροφοριών σε τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη προηγμένης τεχνητής νοημοσύνης για στρατιωτικούς σκοπούς. Αυτό περιλαμβάνει καλύτερη λήψη αποφάσεων, αυτόνομα όπλα, επιτήρηση, κυβερνοπόλεμο και υπερυπολογιστές. Οι ΗΠΑ φοβήθηκαν ότι η στρατηγική «στρατιωτικής-πολιτικής διπλής χρήσης» της Κίνας θα επέτρεπε την εύκολη μεταφορά της εμπορικής τεχνολογίας σε στρατιωτική χρήση.

Περιορίζοντας την πρόσβαση της Κίνας στα καλύτερα τσιπ τεχνητής νοημοσύνης και εξοπλισμό κατασκευής, οι ΗΠΑ θα διατηρήσουν ένα προβάδισμα 1-2 γενεών στην τεχνητή νοημοσύνη και τους ημιαγωγούς. Αυτό υποτίθεται ότι θα επιβραδύνει την ικανότητα της Κίνας να εκπαιδεύει μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης μεγάλης κλίμακας και να αναπτύσσει τεχνητή νοημοσύνη αιχμής, η οποία θεωρείται κρίσιμη για τη μελλοντική οικονομική και στρατιωτική ισχύ.

Αυτή η στρατηγική απέτυχε παταγωδώς. Η Κίνα χρειάστηκε λιγότερο από τρία χρόνια όχι μόνο για να φτάσει τη Nvidia, αλλά και για να κατασκευάσει τσιπ υπολογιστών που είναι 100 φορές ταχύτερα και σημαντικά πιο ενεργειακά αποδοτικά – τσιπ που αντιπροσωπεύουν ένα τεχνολογικό κβαντικό άλμα.

Δείτε πώς λειτουργεί το νέο τσιπ:

Ενώ τα παραδοσιακά τσιπ υπολογιστών χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια σε μεταλλικούς αγωγούς, τα οπτικά τσιπ χρησιμοποιούν ενσωματωμένα οπτικά εξαρτήματα όπως λέιζερ, κυματοδηγούς και ανιχνευτές για τον έλεγχο της ροής του φωτός.

Κυματοδηγοί: Λειτουργούν ως «καλώδια φωτός» στο τσιπ και κατευθύνουν το φως μεταξύ των εξαρτημάτων. Διαμορφωτές: Κωδικοποιήστε δεδομένα στις δέσμες φωτός.

Ανιχνευτές: Μετατρέπει τα φωτεινά σήματα ξανά σε ηλεκτρικά σήματα όταν χρειάζεται. Πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα ηλεκτρονικά τσιπ.

Υψηλότερη ταχύτητα: Το φως ταξιδεύει πιο γρήγορα από τα ηλεκτρόνια μέσω στερεών, επιτρέποντας εξαιρετικά γρήγορη μεταφορά δεδομένων.

Λιγότερη παραγωγή θερμότητας: Τα φωτόνια δεν παράγουν σχεδόν καθόλου θερμότητα τριβής σε σύγκριση με τα ηλεκτρικά κυκλώματα, γεγονός που επιλύει μεγάλες προκλήσεις με την ψύξη στους σύγχρονους υπολογιστές.

Ενεργειακής απόδοσης: Τα τσιπ απαιτούν σημαντικά λιγότερη ισχύ για την εκτέλεση εργασιών βαρέως τύπου.

Εύρος ζώνης: Μπορείτε να στείλετε πολλές ροές δεδομένων ταυτόχρονα στον ίδιο αγωγό χρησιμοποιώντας φως με διαφορετικά χρώματα (πολυπλεξία μήκους κύματος).