AI-algoritmen waanzinnig snel maken met chips aangedreven door licht

Mevr. technisch; Chip door Ben Davis, RO

In een klein laboratorium in het zeehavendistrict van Boston, begraven in een wirwar van lasers, lenzen, spiegels en een wirwar van bedrading, bevindt zich een kleine chip die op het punt staat een grote impact te hebben op de wereld van kunstmatige intelligentie.

Het laboratorium is van Lightelligence , een startup die een radicaal nieuw soort AI-versnellerchip ontwikkelt. In plaats van elektronen te gebruiken om de wiskundige kernberekeningen uit te voeren die nodig zijn voor machinaal leren, gebruikt het prototype-apparaat van het bedrijf licht.

In theorie betekent het overbrengen van informatie met de snelheid van het licht dat een dergelijk apparaat AI-algoritmen honderden keren sneller kan laten werken dan de beste AI-chips van vandaag. Omdat onbewerkte computerkracht zo'n verschil maakt in machine learning, zou dit veel krachtigere en capabelere algoritmen kunnen betekenen. In de praktijk zal de snelheid van de optische chip echter afhangen van hoe snel hij kan interageren met conventionele componenten, zoals het geheugen van een computer. En Lightelligence moet algoritmen schrijven die zoveel mogelijk snelheid uit de opstelling kunnen wringen.

Deep learning, een machine learning-benadering die losjes is geïnspireerd op de manier waarop hersenen zijn bedraad, heeft de afgelopen jaren de tech-industrie stormenderhand veroverd. Het is ongelooflijk krachtig gebleken voor het trainen van machines om waardevolle taken uit te voeren, zoals het labelen van afbeeldingen en het vertalen van tekst. Ondertussen haasten bedrijven zich om de methode op steeds meer bruikbare manieren in te zetten.

De opkomst van deep learning heeft al geleid tot een hausse in commerciële activiteit rond nieuwe chipontwerpen die zijn geoptimaliseerd voor de belangrijkste wiskundige berekeningen. Nu lijkt het erop dat het ook fundamenteel verschillende benaderingen van computergebruik inspireert.

Ik bezocht onlangs Lightelligence voor een ontmoeting met de CEO, Yichen Shen, een zelfverzekerde man van in de twintig. Met een fleecetrui aan en een brede grijns, stelde hij elk van de ongeveer tien medewerkers van het bedrijf voor en liet hij me het lab zien.

Arash Hosseinzadeh van Lightelligence werkt op een optische bank in het laboratorium van het bedrijf.

Licht biedt belangrijke voordelen voor AI, legt Shen uit. Fotonen zijn sneller dan elektronen, en hun beweging door het circuit van een chip zal het niet oververhitten. Maar computeren met licht is ook een hele uitdaging. Eerdere pogingen om optische computerchips te bouwen zijn mislukt omdat het moeilijk is om een ​​transistor optisch na te bootsen en omdat licht zich op een minder voorspelbare manier gedraagt.

Maar de vergelijking verandert in het tijdperk van diep leren, zegt Shen. Optische chips zijn zeer geschikt voor het uitvoeren van matrixvermenigvuldigingen, berekeningen die centraal staan ​​bij deep learning. Neurale netwerken zijn ook inherent lineair, en het zijn lineaire berekeningen waarin optische apparaten uitblinken.

Shen zegt dat hij en zijn collega's bij Lightelligence onlangs hun eerste definitieve chipontwerp naar een fabrikant hebben gestuurd en de eerste chips binnen een paar weken verwachten. We denken dat het een zeer unieke en interessante kans is om dit idee uit te testen, zegt hij.

Onderzoekers verkennen allerlei nieuwe mogelijkheden in materialen en optica. Eerder dit jaar ontwikkelde een team van onderzoekers van de UCLA een nieuw apparaat voor diep leren dat is gemaakt door 3D-printen van verschillende refractieve polymeren. Details van het apparaat van het team, genaamd een diffractief diep neuraal netwerk (D2NN), waren: gepubliceerd in het tijdschrift Science .

Het is het niet-intuïtieve aspect van deep learning dat onze kijk op fysiek en opto-elektronisch ontwerp heeft veranderd. Een deel ervan leidt tot nieuwe manieren om te rekenen, zegt Aydogan Ozcan , een professor aan de UCLA die het werk leidde. Een deel ervan leidt tot het ontwerpen van componenten, systemen, die anders werken dan traditionele systemen.

Het commercialiseren van de technologie kan nu ook praktischer zijn dan voorheen.

Dan Hutchinson, een analist bij VLSI Research die innovatieve chipontwerpen volgt, zegt dat de belangstelling voor nieuwe optische chips groeit dankzij de vooruitgang in het ontwerp en de fabricage van apparaten die worden gebruikt voor netwerken. Optische chips zijn ook relatief eenvoudig en goedkoop te maken, wat de toetredingsdrempel voor startups verlaagt, zegt hij.

Lightelligence zal echter nog steeds voor grote uitdagingen staan. Zhangxi Tan, een veteraan in de chipindustrie en CEO van een andere chipstartup, ONZE technologie , zegt dat zelfs als de chip werkt zoals beloofd, het moeilijk kan zijn om op grote schaal te produceren. Het zal een uitdaging zijn om een ​​volledig nieuw chipontwerp te verpakken en te testen, vooral wanneer er geen goede software-ontwerptools bestaan ​​voor zo'n optisch apparaat. Licht is erg elegant op papier, maar de omringende elektronische circuits - je laserdrivers, fotonontvangercircuits, elektronische modulatoren - zijn erg lelijk, zegt Tan

Toch gaat de inspanning snel.

Vorig jaar was Shen nog een PhD-student die fotonische materialen bestudeerde in het lab van Marin Soljacic bij MIT. Samen met Soljacic en een aantal andere studenten, een paper gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics waarin een nieuwe manier wordt beschreven om neurale netwerkberekeningen uit te voeren met behulp van optische interferentie. Het idee voor een bedrijf ontstond voordat de krant zelfs maar werd gepubliceerd, dankzij een telefoontje van een durfkapitalist aan de westkust.

Het bedrijf heeft ook een broer of zus. Lightelligence werd gevormd toen Shen en anderen overliepen van een bedrijf genaamd Lightmatter. De CEO van Lightmatter is een van Shens co-auteurs van het originele artikel en dat bedrijf heeft vergelijkbare bedragen opgehaald voor zijn eigen optische deep-learning-chip. Misschien kan een gezonde rivaliteit helpen om de ontwikkeling van de technologie te versnellen.

Er zijn aanzienlijke hindernissen in het verschiet, maar als een van deze bedrijven ze kan overwinnen, kan het de wereld van AI verlichten.

zich verstoppen