Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Температура воды в индустрии оптических вычислительных чипов меняется.

Автор｜Badu‍‍

Монтажер｜Ван Бо

«Интегральные оптические схемы станут «сменой и обгоном», которое происходит в области полупроводников только раз в 60 лет».

В конце прошлого года это предложение содержалось в последнем абзаце предисловия к «Фотонной эпохе: Белая книга по развитию фотонной индустрии», опубликованной на Глобальной конференции по инновациям в области жестких технологий 2023 года.

Нет никаких сомнений в преимуществах оптических вычислительных чипов с точки зрения вычислительной мощности и передачи данных, а результаты исследований отечественных команд часто публикуются в газетах. Однако, когда дело доходит до крупномасштабного коммерческого использования, многие люди все же это делают. сомнения. В 2023 году аспирант, занимающийся исследованием микро-нанофотонных устройств, опубликовал на Zhihu пост, в котором обсуждались вопросы, связанные с оптическими вычислительными чипами, и прямо сказал: «Поскольку их нет в продаже, должны быть большие проблемы».

Итак, оптические вычислительные чипы уже вышли из печати?

Масштаб матрицы (плотность вычислительной мощности) и оптическая дискриминация одного узла (точность вычислительной мощности) являются ключевыми показателями для измерения производительности оптических вычислительных чипов. Признанный в отрасли размер матрицы, соответствующий коммерческим стандартам, составляет 128×128, и их будет два. в мире в 2021 г. Компания завершила вывод оптических вычислительных чипов 64×64. В последующие три года это узкое место так и не было преодолено, а некоторые компании даже перешли на другие пути.

Во время недавно состоявшейся Всемирной конференции по искусственному интеллекту (WAIC) 2024 года «Цзязи Гуаннянь» узнал, что:Отечественная компания по производству оптических вычислительных чипов Optical Based Technology завершила выпуск первого оптического вычислительного чипа, плотность вычислительной мощности и точность которого достигли коммерческих стандартов.Размер матрицы этого чипа составляет 128×128, а пиковая вычислительная мощность превышает 1700TOPS.

Оптический вычислительный чип с размером матрицы 128×128, разработанный Light-based Technology. Источник изображения: Light-based Technology.

«В настоящее время мы сравниваем NVIDIA A100», — сказал Цзяцзы Гуаннянь Чэн Таншэн, соучредитель Light-based Technology, — «Чип 128×128 будет превращен в плату, и его окончательная вычислительная мощность будет такой же, как и у процессора. Электронные чипы NVIDIA. Сравнимость. В то же время энергопотребление наших продуктов первого поколения составляет от одной десятой до одной пятнадцатой. Кроме того, оптические вычислительные чипы также будут снижены на порядки».

Масштаб матрицы 128x128 означает, что отечественные оптические вычислительные чипы стали на шаг ближе к индустриализации, а не просто «оставаться на бумаге» или «жить только в лаборатории».

Сюн Иньцзян, основатель Light-based Technology, сказал, что компания занимается отладкой оптических вычислительных плат 128×128 и, как ожидается, выпустит коммерческие продукты оптических вычислительных плат в 2025 году, предоставляя людям более высокий коэффициент энергоэффективности и большую вычислительную мощность. Вычислительное оборудование искусственного интеллекта, интеллектуальные вычислительные центры, встроенный интеллект и другие отрасли. В то же время компания собирается завершить исследования и разработку оптических вычислительных чипов с более крупным матричным масштабом.

«Я думаю, что мы, возможно, находимся в критической точке», — сказал Jiaziguangnian инвестор, специализирующийся на индустрии микросхем.

Температура воды в индустрии оптических вычислительных чипов меняется.

1. «Вы верите в свет?»

«Ты веришь в свет?»

Это модное словечко в Интернете также является истинным изображением индустрии оптических вычислительных чипов.

За последние 50 лет вычислительная мощность чипов продолжала расти в соответствии с законом Мура. В прошлом отрасль была более привычна к использованию вычислительной мощности электронных чипов, но теперь вычислительная мощность электронных чипов сталкивается с узким местом роста.

Например, эффект квантового туннелирования ограничивает дальнейшее уменьшение размера транзистора; по мере увеличения производительности потребление энергии и накопление тепла предъявляют более высокие требования к задержкам тепловыделения чипа, внутренней скорости передачи данных и узким местам передачи данных, ограничивающим скорость обработки; количество транзисторов в рамках существующей технологии близко к верхнему пределу.

Предложение сталкивается с узкими местами, в то время как спрос продолжает расти. Основатель и генеральный директор Moore Thread Чжан Цзяньчжун прямо заявил на «Эре создания искусственного интеллекта - 2024 Цзяцзы Гравитация» Даже с миллиардами или сотнями миллионов средств трудно создать вычислительный центр. В сочетании с нехваткой вычислительных ресурсов проблема, с которой сталкивается многие компании, в том числе OpenAI, пытаются решить проблему, вызванную нехваткой вычислительных ресурсов. Проблема итерации».

Как переломить ситуацию? Оптические вычислительные чипы предлагают новую идею.

Оптический вычислительный чип — это прикладная форма фотонного чипа, ориентированная на оптическую реализацию вычислительных задач.Он обладает характеристиками сверхвысокой скорости, сверхсильного параллелизма, сверхвысокой пропускной способности и сверхнизких потерь.

Фактически, на протяжении десятилетий ученые никогда не прекращали исследовать свет. В 1940-х годах в оптику было введено преобразование Фурье и была разработана оптика Фурье. Период с 1980 по 2004 год был золотым веком оптических вычислений. В этот период научные исследователи предложили большое количество технологий оптических вычислений, включая оптическое распознавание образов, логические оптические вычисления, оптические нейронные сети, оптические межсоединения и оптическое голографическое хранение.

Однако из-за неясных требований к приложениям и сценариев применения оптических вычислений, а также отсутствия подходящих оптических аппаратных систем развитие технологий оптических вычислений происходит относительно медленно.

В последние годы, с бурным развитием индустрии искусственного интеллекта, оптические вычислительные чипы также вступили в период быстрого развития.

В 2021 году глобальная стоимость фотонных продуктов и сопутствующих услуг достигнет более 7 триллионов долларов США, что составит примерно 11% глобальной мировой экономики.

Сегодня оптические вычисления — это развивающаяся отрасль с широким профессиональным охватом и чрезвычайно высокими теоретическими и техническими требованиями.Он рассматривается как потенциальная область, где Китай и международные конкуренты находятся на одной стартовой линии и даже могут достичь технологического превосходства.

2,128×128: ​​Двойной прорыв в вычислительной мощности и энергопотреблении

Несмотря на большие надежды на оптические вычислительные чипы, оптические вычисления долгое время оставались технологией, запертой в лабораториях.

В 2017 году появилась первая статья в журнале Nature в области оптических вычислений, а затем одна за другой было создано несколько компаний. Однако вся отраслевая цепочка недостаточно зрела, и примеров от упаковки до сотрудничества в области электронных чипов не так много. К 2022 году, году, когда были созданы оптические технологии, после пяти лет развития отрасли технология и производственная цепочка постепенно созрели, но оптические вычислительные чипы до сих пор не коммерциализировались в больших масштабах, как традиционные электрические чипы.

Сюн Иньцзян считает, что для этого есть две основные причины: во-первых, конструкция самого оптического вычислительного чипа в прошлом была незрелой и не могла напрямую сравниваться с нынешними ведущими электрическими решениями, во-вторых, производственная цепочка его внедрения в продукты; была незрелой, а оптоэлектроника. В конечном счете, интеграция все еще остается очень сложной инженерной задачей.

«Оптические вычислительные чипы во многих отечественных университетах имеют меньшие размеры, например 3×3 или 4×4. Некоторые начинающие компании могут достичь максимума только 64×64, что означает, что у них нет возможностей коммерциализации. В исследовании и стадии развития», — сказал Цзязи Гуаннянь Ли Ган, руководитель ранних проектов Fengrui Capital.

На этот раз оптический вычислительный чип с размером матрицы 128х128 от Light-based Technology был успешно выведен на пленку, а значитОтечественные оптические вычислительные чипы достигли критической точки коммерциализации.

Чтобы добиться широкомасштабного коммерческого использования, оптические вычислительные чипы должны решать такие проблемы, как нелинейные вычисления и интеграция хранения и вычислений. И научно-исследовательские институты, и промышленность считают, что построение экосистемы оптоэлектронной интеграции — единственный путь вперед. На основе материалов с фазовым изменением PCM компания Optical Based Technology реализовала вычисления в памяти, которые объединяют хранение и вычисления. Блок хранения и вычислительный блок теперь полностью интегрированы в возможности проектирования электрических чипов с оптическими вычислительными чипами в качестве ядра. и установила тесные отношения с ведущими отечественными упаковочными компаниями. Стратегическое сотрудничество для совместной разработки передовых возможностей оптоэлектронной упаковки.

«Масштаб матрицы 128×128 сопоставим с архитектурами, используемыми TPU Google или Ascend Huawei. Для нас оптические вычисления уже эквивалентны электронным вычислениям с точки зрения плотности вычислительной мощности и масштаба матрицы. Это предыдущие оптические вычисления, которых не было. было возможно, но мы сделали это впервые», — сказал Сюн Иньцзян.

Интегрированный прототип хранилища фотонов и вычислений на основе света. Источник изображения: Световые технологии.

Размер матрицы оптического вычислительного чипа соответствует вычислительной мощности.

Например, при увеличении размера матрицы с 64х64 до 128х128 вычислительная мощность увеличивается как минимум в четыре раза, но рост энергопотребления является линейным.

В частности, в масштабе матрицы 64×64 чип оснащен 64 аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и 64 цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Когда размер матрицы достигает 128×128, хотя вычислительная мощность увеличивается в четыре раза, количество требуемых АЦП и ЦАП увеличивается лишь вдвое по сравнению с исходным, а это означает, что эффективность вычислительной мощности увеличивается как минимум вдвое.

В то же время точность этого оптического вычислительного чипа также достигла прорыва, достигнув стандартной точности рассуждений ИИ.

Что еще более важно, каждый блок в матрице 128×128 является регулируемым, что делает чип полностью универсальной платформой, способной решать любые типы вычислительных задач ИИ. Это отличается от предыдущего фиксированного веса, который может только это. в отличие от других оптических вычислительных чипов, которые обрабатывают отдельные приложения.

Такие технологические прорывы не происходят в одночасье;СкорееКристаллизация десятилетнего накопления технологий.

С 2014 года Оксфордская лаборатория является пионером в исследованиях и разработках материалов с фазовым переходом и кремниевого света. В 2017 году она успешно разработала первый в мире интегрированный чип для хранения фотонов и вычислений. Во время учебы в докторантуре Оксфордского университета Чэн Таншэн учился у первого в мире человека по «оптическому расчету материалов с фазовым переходом» — Хариша Бхаскарана, профессора кафедры материалов Оксфордского университета и академика Королевской инженерной академии Хэ. также руководил и участвовал в оптических расчетах материалов с фазовым переходом в Оксфордском университете. Исследования и разработки чипов и новых материалов с нанофазовым переходом сверхмалой мощности.

Чэн Таншэн рассказал «Световые годы Цзяцзы», что, будучи аспирантом в Оксфорде, он уже много лет решает проблемы практического применения оптических вычислительных технологий, изучая, как снизить энергопотребление и расширить масштаб, чтобы удовлетворить требования к вычислительной мощности приложений, таких как развитие потребностей искусственного интеллекта.

Команда основателей Light-based Technology продолжает совершать прорывы в области оптических вычислений. Открытие бизнеса в 2022 году еще более «подготовлено».

«С самого начала создания компании мы осознали, что существующая на рынке матрица оптических вычислительных чипов невелика, что ограничивает плотность их вычислительной мощности и масштаб вычислительной мощности. Поэтому с первого дня основания компании мы Понятно, что размер матрицы сначала необходимо увеличить с 64×64 до 128×128, а затем еще больше расширить до 256×256 и 512×512», — рассказал Чэн Таншэн «Jiazi Guangnian».

В прошлом году оптическая технология использовала оптические вычислительные чипы предыдущего поколения для завершения всей работы архитектуры платы, включая упаковку, интеграцию с электрическими чипами и работу общих сетей искусственного интеллекта, таких как ResNet-50.

В этом году технология Light-based Technology дополнительно оптимизировала чип. С одной стороны, она увеличила размер матрицы до 128×128, чтобы увеличить плотность вычислительной мощности и масштаб, с другой стороны, оптимизировала и смоделировала каждое независимое оптическое устройство и перенос. целевое удаление ленты для достижения комплексной оптимизации всей системы.

«По сути, мы проводим ликвидацию каждые три-шесть месяцев. Я считаю, что только за счет быстрого и непрерывного создания продуктов компания может быть по-настоящему стабильной», — сказал Сюн Иньцзян.

На этот раз оптический вычислительный чип 128×128 создан на основе трех предыдущих итераций продукта.

Итак, где же коммерческие сценарии для таких продуктов на основе оптических вычислительных чипов?

3. Кому нужны оптические вычислительные чипы?

На прикладном уровне оптические вычислительные чипы обеспечат более высокую вычислительную мощность и более низкое энергопотребление.

Более высокая вычислительная мощность означает, что оптические вычислительные чипы могут обрабатывать более сложные модели, а более сложные модели могут привести к улучшению приложений; более низкое энергопотребление означает как стоимость обучения модели, так и фактическое использование модели пользователями. сократиться в значительной степени. Как только оптические вычислительные чипы будут коммерциализированы, наступит рассвет эпохи после Мура, и это сформирует благотворный цикл.

Любое изменение в технологических приложениях связано с прорывом в вычислительной мощности. Именно с улучшением вычислительной мощности может наступить прорывной момент искусственного интеллекта.

Таким образом, основным сценарием создания оптических вычислительных чипов является искусственный интеллект. «Благодаря быстрому развитию искусственного интеллекта применения и потребности этого сценария стали очень ясными. Оптические вычислительные чипы могут быстро адаптироваться и оптимизироваться для текущих крупномасштабных приложений, связанных с моделями», — сказал Ли Ган.

В области больших моделей оптические вычисления помогут последующим клиентам сократить расходы и повысить эффективность. Это может сократить будущие затраты на логические выводы до одной тысячной или десятитысячной доли сегодняшних, делая доступ пользователей к большим моделям практически бесплатным, тем самым значительно увеличивая валовую прибыль крупных модельных компаний.

Снижение затрат на вычислительную мощность очень важно для реализации больших модельных приложений. В противном случае предприятиям придется каждый день страдать от накладных расходов, тем самым снижая масштаб модели и качество обучения.

Основатель стартапа в области искусственного интеллекта рассказал «Jiazi Guangnian», что снижение затрат на вычислительную мощность поможет разработке прикладных продуктов: «Я думаю, теперь каждый должен постепенно понять, что чем больше токенов потребляется, тем лучше. Речь идет не о том. пытаюсь создать приложение для сохранения токенов».

в то же время,Значительное увеличение вычислительной мощности оптических вычислительных чипов может также обеспечить мощные возможности для современных популярных технологических сценариев, таких как искусственный интеллект, анализ больших данных и автономное вождение.

Сюн Иньцзян сообщил, что в области автономного вождения текущая вычислительная мощность уровня L3 составляет 200-500TOPS, а для достижения уровня L5, как ожидается, потребуется более 2000TOPS вычислительной мощности. Если использовать существующую технологию, потребляемая мощность превысит 2 кВт, что представляет собой проблему для долговечности новых энергетических интеллектуальных транспортных средств.

Следовательно, необходимо найти решение с низким энергопотреблением и высокой вычислительной мощностью, и оптические вычислительные чипы могут точно удовлетворить этот спрос.

В современном «горячем» воплощении интеллекта оптические вычислительные чипы могут выполнять большое количество вычислений на конечной стороне, не потребляя слишком много энергии, что позволяет роботам поддерживать «высокий IQ», одновременно выполняя большое количество механических операций.

Если воплощенный интеллект должен достичь возможностей и когнитивных способностей общего искусственного интеллекта (AGI), требуемая вычислительная мощность значительно превысит нынешний уровень. Высокий потенциал вычислительной мощности оптических вычислительных чипов позволит воплощенному интеллекту мыслить независимо и, возможно, даже иметь логику мышления и способности к суждениям, которые превосходят человеческие существа. Это будет конечный потенциал оптических вычислительных технологий.

Нельзя отрицать, что оптические вычислительные чипы с их сверхвысокими скоростными и высокими характеристиками энергоэффективности определенно породят новую парадигму алгоритмов в будущем, тем самым способствуя прогрессу и инновациям во всей области информатики.

4. Путь к индустриализации с «гвоздем в левой руке и молотком в правой руке»

С прекращением производства оптических вычислительных чипов матричного размера 128×128 следующие два года станут критическим периодом для разработки оптических вычислительных чипов.Другими словами, оптические вычислительные чипы должны действительно начать выдерживать испытания «реальных и сложных» сценариев.

«2025 год станет годом прорыва для оптических технологий. В это время оптические вычислительные чипы вступят в первый год коммерциализации. Оптические технологии будут иметь широкомасштабные контакты и адаптацию с перерабатывающими компаниями и устанавливать коммерческие партнерства. В 2026 году Ожидается, что будут реализованы крупномасштабные поставки оптических вычислительных чипов», — предсказал Сюн Иньцзян.

Он рассказал «Jiazi Light Year», что развитие световых технологий следует Т-образной стратегии, вертикальной, углубляясь в цикл продукта, от чипов до плат, до последующей адаптации и окончательных поставок. Электронные чипы также будут изготовлены во второй половине этого года. Команда проведет тестирование упаковки и завершит создание 2,5D и 3D оптоэлектронной упаковки. Фотонная вычислительная плата в конечном итоге будет сформирована и доставлена ​​клиентам для адаптации, одновременно создавая экосистему программного обеспечения. .

По горизонтали, оптические технологии расширят барьеры для исследований и разработок в области оптических вычислений, будут проводить исследования и разработки в более крупном матричном масштабе, включая, помимо прочего, исследования и разработки оптических вычислительных чипов на форматах 256×256 и 512 пикселей. Масштаб матрицы ×512 и использование передовых технологий, таких как технология мультиплексирования с разделением по длине волны.

«Эта Т-образная стратегия одновременно глубока и гарантирует, что продукт не является воздушным замком и может глубоко проникнуть на уровень пользователя; в то же время она также гарантирует, что мы всегда сможем сохранять лидирующие позиции в исследованиях. и развитие», — сказал Сюн Иньцзян «Цзяцзы Гуаннянь».

Схема работы оптического вычислительного чипа световой технологии, источник изображения: Световая технология

Технология, основанная на освещении, рассматривает возможности исследований и разработок как «молоток», а рыночный спрос — как «гвоздь».Это требует как непрерывного совершенствования технологий, так и постоянной обратной связи с потребностями пользователей.

Если эти два направления встретятся посередине, необходимо инвестировать как в левый рынок, так и в правый рынок исследований и разработок.

На уровне научных исследований компания Light-based Technology и Фуданьский университет создали совместную лабораторию будущего вычислительного оборудования для изучения всех возможностей оптических вычислений в эпоху технологического расхождения.

Что касается инженерной реализации, команда собрала старших «ветеранов отрасли» в области моделирования, цифровых технологий, аппаратного обеспечения, системной архитектуры и алгоритмов, чтобы гарантировать, что продукт может достичь реальной инженерной реализации.

В то же время компания наладила отношения с партнерами в отечественной отраслевой цепочке, включая стратегическое сотрудничество с United Microelectronics, ведущей отечественной компанией в области кремниевой фотоники, а также передовые исследования и разработки 2,5D и 3D оптоэлектронной упаковки с лучшей отечественной упаковкой. и испытательные заводы.

Технологические прорывы — это всего лишь ступенька. Дальше — оптические вычислительные чипы и технологии.Световая технологияВообще говоря, нам предстоит столкнуться с проблемой промышленной экологии.

В настоящее время клиенты рынка обычно используют NVIDIA или другие знакомые графические процессоры. Чтобы реализовать широкое применение оптических вычислительных плат, их необходимо адаптировать под нужды клиентов. «Наши усилия направлены на то, чтобы оптическая вычислительная плата была полностью совместима с существующей экосистемой с точки зрения аппаратного обеспечения», — сказал Чэн Таншэн.

конечно,Оптические вычислительные чипы и электрические чипы не заменяют друг друга, а дополняют друг друга.

На ранних стадиях разработки оптические вычислительные чипы могут играть роль тензорных вычислительных ядер, помогая традиционным электронным чипам. Учитывая нынешнее доминирование электронных чипов на рынке, оптические вычислительные чипы сначала возьмут на себя большое количество линейных вычислительных задач в приложениях искусственного интеллекта.

Однако по мере того, как потребности клиентов постепенно обогащаются, вся экосистема программного обеспечения также будет обогащаться, а возможности доставки различных компаний, занимающихся оптическими вычислениями, также улучшатся.

Чэн Таншэн сравнил нынешнее развитие оптических вычислительных чипов с «накануном появления AlphaGo». По сравнению с платформами искусственного интеллекта или электронных чипов, оптические вычисления все еще находятся на относительно ранней стадии развития. С повышением эффективности и улучшением экосистемы оптические вычисления постепенно будут играть все большую роль, обеспечивая надежную техническую поддержку вычислений, хранения, передачи и восприятия в интеллектуальную эпоху.

Ми Лэй, партнер-основатель Zhongke Chuangxing, предложил «Закон Mi 70» в 2016 году. Он считал, что оптическая технология станет очень важной базовой технологией в будущем, а ее стоимость будет составлять 70% стоимости всех будущих технологий. продукты. %. Но нельзя отрицать, что любой технологический прорыв требует долгосрочного накопления и инвестиций, а также более длительного периода трансформации и реализации.

Люди получали пользу от света с момента своего рождения, и свет также создаст больше возможностей для искусственного интеллекта.

*Использованная литература:

, Цзяцзы Сучжоу

(Источник изображения на обложке: «Цзязи Гуаннянь», созданный с помощью инструментов искусственного интеллекта)

[Обзор гостиной Цзяцзы]

В этот четверг (18 июля) в 14:00 основатель и генеральный директор Jiazi Guangnian Чжан Ицзя проведет прямую трансляцию с аналитиком аналитического центра Jiazi Guangnian Нуром Маймати (Пшеница), чтобы проанализировать возможности и проблемы, стоящие за медицинской волной искусственного интеллекта. Во время прямой трансляции последние суждения о медицинской помощи с помощью искусственного интеллекта будут представлены в простой для понимания форме со скоростью «0,5x» на основе результатов исследований аналитического центра Jiazi Guangnian. Во время процесса два докладчика также будут отвечать. вопросы из зала и общение со всеми желающими, где полно полезной информации. Не пропустите!

Отсканируйте QR-код на плакате, чтобы записаться на прямой эфир и заранее войти в группу связи прямого эфира. Все желающие могут отсканировать код, чтобы заранее получить отчет и освоить учебные материалы.