noticias

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

La temperatura del agua en la industria de los chips informáticos ópticos está cambiando.

Autor｜Badu‍‍

Editor｜Wang Bo

"Los circuitos ópticos integrados supondrán un 'cambio de carril y adelantamiento' que sólo ocurre una vez cada 60 años en el campo de los semiconductores".

A finales del año pasado, el último párrafo del prefacio de la "Era fotónica: Libro blanco sobre el desarrollo de la industria fotónica" publicado en la Conferencia Global de Innovación en Tecnología Dura de 2023 contenía esta frase.

No hay duda de las ventajas de los chips informáticos ópticos en términos de potencia informática y transmisión de datos, y los resultados de las investigaciones de los equipos nacionales a menudo se informan en los periódicos. Sin embargo, cuando se trata de uso comercial a gran escala, muchas personas todavía lo tienen. dudas. En 2023, un estudiante de posgrado que investigaba dispositivos micronanofotónicos publicó una publicación en Zhihu para discutir cuestiones relacionadas con los chips de computación óptica y dijo sin rodeos: "Dado que no está disponible comercialmente, debe haber grandes problemas".

Entonces, ¿los chips de computación óptica han salido del papel?

La escala de la matriz (densidad de potencia informática) y la discriminación óptica de un solo nodo (precisión de la potencia informática) son indicadores clave para medir el rendimiento de los chips informáticos ópticos. El tamaño de matriz reconocido por la industria que cumple con los estándares comerciales es 128 × 128, y habrá dos. en el mundo en 2021 La empresa completó la producción en cinta de chips informáticos ópticos de 64 × 64. En los siguientes tres años, este cuello de botella no se ha superado y algunas empresas incluso han optado por otras vías.

Durante la Conferencia Mundial de Inteligencia Artificial (WAIC) de 2024 celebrada recientemente, "Jiazi Guangnian" se enteró de que,La empresa nacional de chips informáticos ópticos Optical Based Technology ha completado la grabación del primer chip informático óptico cuya densidad de potencia informática y precisión de potencia informática han alcanzado los estándares comerciales., el tamaño de la matriz de este chip es 128 × 128 y la potencia informática máxima supera los 1700 TOPS.

El chip informático óptico con un tamaño de matriz de 128 × 128 desarrollado por Light-based Technology Fuente de imagen: Light-based Technology.

"Actualmente estamos comparando con la NVIDIA A100", dijo Cheng Tangsheng, cofundador de Light-based Technology, a Jiazi Guangnian. "El chip de 128 × 128 se convertirá en una placa y su potencia informática final será la misma. Comparabilidad de los productos de chips electrónicos de NVIDIA. Al mismo tiempo, el consumo de energía de nuestros productos de primera generación es entre una décima y una quinceava parte del mismo. Además, el chip informático óptico también se reducirá en órdenes de magnitud”.

La escala de matriz de 128 × 128 significa que los chips informáticos ópticos domésticos están un paso más cerca de la industrialización, en lugar de simplemente "quedarse en el papel" o "sólo vivir en el laboratorio".

Xiong Yinjiang, fundador de Optical Standard Technology, dijo que la compañía está depurando placas de computación óptica de 128 × 128 y se espera que lance productos de placas de computación óptica comerciales en 2025, brindando a las personas una mayor relación de eficiencia energética y mayor potencia informática. hardware informático, centros informáticos inteligentes, inteligencia incorporada y otras industrias. Al mismo tiempo, la empresa está a punto de completar la investigación y el desarrollo de chips informáticos ópticos con una escala de matriz mayor.

"Creo que podemos estar en un punto de inflexión", dijo a Jiaziguangnian un inversor que se centra en la industria de los chips. "Todo el mundo ha cambiado de la actitud inicial de que los chips informáticos ópticos eran completamente inalcanzables a pensar que es posible".

La temperatura del agua en la industria de los chips informáticos ópticos está cambiando.

1. "¿Crees en la luz?"

"¿Crees en la luz?"

Esta palabra de moda en Internet es también un retrato fiel de la industria de los chips informáticos ópticos.

Durante los últimos 50 años, la potencia informática de los chips ha seguido creciendo siguiendo la Ley de Moore. En el pasado, la industria estaba más acostumbrada a utilizar la potencia informática de los chips electrónicos, pero ahora la potencia informática de los chips electrónicos se enfrenta a un cuello de botella en el crecimiento.

Por ejemplo, el efecto de túnel cuántico limita la reducción adicional del tamaño del transistor; a medida que aumenta el rendimiento, el consumo de energía y la acumulación de calor imponen mayores requisitos en la disipación de calor del chip, la velocidad de transmisión interna del chip y los cuellos de botella en la transmisión de datos limitan la velocidad de procesamiento; el número de transistores bajo el marco tecnológico existente está cerca del límite superior.

La oferta se enfrenta a cuellos de botella, mientras que la demanda sigue aumentando. El fundador y director ejecutivo de Moore Thread, Zhang Jianzhong, dijo sin rodeos en la "Era de creación de IA - 2024 Jiazi Gravity. Incluso con miles de millones o cientos de millones de fondos, es difícil establecer un centro de computación. Junto con la escasez de recursos informáticos, el problema que enfrenta Muchas empresas, incluida OpenAI, son cómo resolver el problema causado por la falta de recursos informáticos. El problema de la iteración”.

¿Cómo romper la situación? Los chips informáticos ópticos proporcionan una nueva idea.

El chip informático óptico es una forma de aplicación del chip fotónico que se centra en la realización óptica de tareas informáticas.Tiene las características de velocidad ultraalta, paralelismo ultrafuerte, ancho de banda ultraalto y pérdida ultrabaja.

De hecho, durante décadas, los científicos nunca han dejado de explorar la luz. En la década de 1940, se introdujo la transformada de Fourier en la óptica y se desarrolló la óptica de Fourier. El período comprendido entre 1980 y 2004 fue la edad de oro de la computación óptica. Durante este período, los investigadores científicos propusieron una gran cantidad de tecnologías de computación óptica, incluido el reconocimiento de patrones ópticos, la computación óptica lógica, las redes neuronales ópticas, las interconexiones ópticas y el almacenamiento holográfico óptico.

Sin embargo, debido a los requisitos de aplicación y los escenarios de aplicación poco claros de la informática óptica y a la falta de sistemas de hardware óptico compatibles, el desarrollo de la tecnología de informática óptica ha sido relativamente lento.

En los últimos años, con la explosión de la industria de la inteligencia artificial, los chips informáticos ópticos también han entrado en un período de rápido desarrollo.

En 2021, el valor global del total de productos fotónicos y servicios relacionados alcanzará más de 7 billones de dólares estadounidenses, lo que representa aproximadamente el 11% de la economía mundial.

Actualmente, la informática óptica es una industria emergente con una amplia cobertura profesional y requisitos teóricos y técnicos extremadamente altos.Se considera un área potencial en la que China y los competidores internacionales están en la misma línea de partida e incluso pueden alcanzar la trascendencia tecnológica.

2.128×128: ​​​​doble avance en potencia informática y consumo de energía

A pesar de las grandes esperanzas puestas en los chips de computación óptica, la computación óptica ha sido una tecnología atrapada en el laboratorio durante mucho tiempo.

En 2017, apareció el primer artículo de Nature en el campo de la informática óptica, y luego se crearon varias empresas, una tras otra. Sin embargo, toda la cadena industrial no está lo suficientemente madura y no hay muchos ejemplos de referencia, desde el embalaje hasta la cooperación con chips electrónicos. Para 2022, año en que se estableció la tecnología de base óptica, después de cinco años de desarrollo en la industria, la tecnología y la cadena industrial han madurado gradualmente, pero los chips informáticos ópticos aún no se han comercializado a gran escala como los chips eléctricos tradicionales.

Xiong Yinjiang cree que hay dos razones principales para esto: en primer lugar, el diseño de los chips informáticos ópticos en el pasado era inmaduro y no podía compararse directamente con las principales soluciones eléctricas actuales; en segundo lugar, la cadena industrial para implementarlos en los productos era inmadura; y optoelectrónica En última instancia, la integración sigue siendo una tarea de ingeniería muy desafiante.

"Los chips de computación óptica en muchas universidades nacionales son de tamaño más pequeño, como 3×3 o 4×4. Algunas empresas de nueva creación sólo pueden alcanzar 64×64 como máximo, lo que significa que no tienen capacidad de comercialización. En la investigación y etapa de desarrollo”, dijo a Jiazi Guangnian Li Gang, jefe de proyectos iniciales de Fengrui Capital.

Esta vez, el chip de computación óptica con un tamaño de matriz de 128×128 de Optical Based Technology se grabó con éxito, lo que significaLos chips informáticos ópticos nacionales han alcanzado un punto crítico de comercialización.

Para lograr un uso comercial a gran escala, los chips de computación óptica deben resolver problemas como la computación no lineal y la integración del almacenamiento y el cálculo. Tanto los institutos de investigación científica como la industria creen que construir un ecosistema de integración optoelectrónica es el único camino a seguir. Basada en materiales de cambio de fase PCM, la tecnología de base óptica ha realizado computación en memoria que integra almacenamiento y cálculo. La unidad de almacenamiento y la unidad de computación están completamente integradas. Ahora ha iterado sobre las capacidades de diseño de chips eléctricos con chips de computación óptica como núcleo. y ha establecido relaciones profundas con las principales empresas de embalaje nacionales. Cooperación estratégica para desarrollar conjuntamente capacidades avanzadas de embalaje optoelectrónico.

“La escala de matriz de 128 × 128 es comparable a las arquitecturas utilizadas por TPU de Google o Ascend de Huawei. Para nosotros, la computación óptica ya es equivalente a la computación electrónica en términos de densidad de potencia informática y escala de matriz. "Ha sido posible, pero lo hicimos por primera vez", dijo Xiong Yinjiang.

Prototipo integrado de computación y almacenamiento de fotones de tecnología basada en la luz, fuente de imagen: Tecnología basada en la luz

El tamaño de la matriz del chip informático óptico corresponde a la potencia informática.

Por ejemplo, al aumentar el tamaño de la matriz de 64×64 a 128×128, la potencia informática aumenta al menos cuatro veces, pero el aumento en el consumo de energía es lineal.

Específicamente, en la escala de matriz de 64 × 64, el chip está equipado con 64 convertidores de analógico a digital (ADC) y 64 convertidores de digital a analógico (DAC). Cuando el tamaño de la matriz alcanza 128 × 128, aunque la potencia informática aumenta cuatro veces, la cantidad de ADC y DAC necesarios solo aumenta al doble del original, lo que significa que la eficiencia de la potencia informática se duplica al menos.

Al mismo tiempo, la precisión de este chip informático óptico también ha logrado un gran avance, alcanzando la precisión estándar del razonamiento de IA.

Más importante aún, cada unidad en la matriz de 128 × 128 es ajustable, lo que convierte al chip en una plataforma completamente universal que puede manejar cualquier tipo de tareas informáticas de IA. Esto es diferente del peso fijo anterior, que solo puede hacerlo en absoluto. a diferencia de otros chips informáticos ópticos que manejan aplicaciones únicas.

Estos avances tecnológicos no se producen de la noche a la mañana;BastanteLa cristalización de diez años de acumulación tecnológica.

Desde 2014, el Laboratorio Oxford ha sido pionero en la investigación y el desarrollo de materiales de cambio de fase y luz de silicio. En 2017, desarrolló con éxito el primer chip informático y de almacenamiento de fotones integrado del mundo. Durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Oxford, Cheng Tangsheng estudió con la primera persona del mundo en "cálculo óptico de materiales de cambio de fase": Harish Bhaskaran, profesor del Departamento de Materiales de la Universidad de Oxford y académico de la Real Academia de Ingeniería. También dirigió y participó en el cálculo óptico de materiales de cambio de fase en la Universidad de Oxford. Investigación y desarrollo de chips y nuevos materiales de cambio de nanofase de potencia ultrabaja.

Cheng Tangsheng dijo a "Jiazi Light Years" que desde que era estudiante de doctorado en Oxford, ha estado resolviendo problemas en la aplicación práctica de la tecnología de computación óptica durante muchos años, estudiando cómo reducir el consumo de energía y expandir la escala, para cumplir con los requisitos. Requisitos de potencia informática de aplicaciones como el desarrollo de necesidades de inteligencia artificial.

El equipo fundador de Light-based Technology continúa logrando avances en el campo de la computación óptica. Iniciar un negocio en 2022 está aún más "preparado".

"Desde el inicio de la creación de la empresa, nos hemos dado cuenta de que la matriz de chips informáticos ópticos existente en el mercado es pequeña, lo que limita su densidad de potencia informática y su escala de potencia informática. Por lo tanto, desde el primer día de la creación de la empresa, es "Está claro que el tamaño de la matriz primero debe aumentarse de 64 × 64 a 128 × 128, y luego expandirse aún más a 256 × 256 y 512 × 512", dijo Cheng Tangsheng a "Jiazi Guangnian".

El año pasado, la tecnología óptica utilizó la generación anterior de chips informáticos ópticos para completar el funcionamiento completo de la arquitectura de la placa, incluido el empaquetado, la integración con chips eléctricos y la ejecución de redes generales de IA como ResNet-50.

Este año, la tecnología basada en la luz optimizó aún más el chip. Por un lado, aumentó el tamaño de la matriz a 128 × 128 para aumentar la densidad y la escala de la potencia informática; por otro lado, optimizó y simuló cada dispositivo óptico independiente y lo llevó. Realice cintas específicas para lograr una optimización integral de todo el sistema.

"Básicamente realizamos una grabación cada tres a seis meses. Creo que sólo fabricando productos de forma rápida y en continua iteración, la empresa podrá ser verdaderamente estable", dijo Xiong Yinjiang.

Esta vez, el chip informático óptico de 128×128 se deriva de las tres iteraciones anteriores del producto.

Entonces, ¿dónde están los escenarios comerciales para este tipo de productos de chips informáticos ópticos?

3. ¿Quién necesita chips informáticos ópticos?

Para la capa de aplicación, los chips informáticos ópticos les proporcionarán una mayor potencia informática y un menor consumo de energía.

Una mayor potencia informática significa que los chips informáticos ópticos pueden procesar modelos más complejos, y los modelos más complejos pueden conducir a mejores aplicaciones. Esto significa que tanto el costo de entrenar el modelo como el uso real del modelo por parte de los usuarios serán. reducido en gran medida. Una vez que se comercialicen los chips de computación óptica, será el comienzo de la era posterior a Moore y se formará un círculo virtuoso.

Todo cambio en las aplicaciones tecnológicas surge de avances en la potencia informática. Precisamente con la mejora de la potencia informática puede llegar el momento disruptivo de la inteligencia artificial.

Por lo tanto, el escenario principal para los chips de computación óptica es la inteligencia artificial. "Con el rápido desarrollo de la inteligencia artificial, las aplicaciones y necesidades de este escenario se han vuelto muy claras. Los chips informáticos ópticos pueden adaptarse y optimizarse rápidamente para las aplicaciones actuales relacionadas con los modelos a gran escala", afirmó Li Gang.

En el campo de los modelos grandes, la computación óptica ayudará a los clientes intermedios a reducir costos y mejorar la eficiencia. Puede reducir los costos de inferencia futuros a una milésima o diezmilésima parte de los actuales, haciendo que sea casi gratuito para los usuarios acceder a modelos grandes, aumentando así significativamente el margen de beneficio bruto de las grandes empresas de modelos.

Reducir los costos de energía informática es muy importante para la implementación de aplicaciones de modelos grandes, de lo contrario, las empresas tendrán que sufrir gastos generales todos los días, lo que reducirá la escala del modelo y la calidad de la capacitación.

El fundador de una nueva empresa de inteligencia artificial dijo a "Jiazi Guangnian" que los menores costos de energía informática ayudarán al desarrollo de productos de aplicaciones "Creo que ahora todos deberían entender más claramente que cuanto más tokens se consuman, mejor. No se trata de eso. tratando de crear una aplicación para guardar tokens”.

al mismo tiempo,El aumento significativo en la potencia informática de los chips informáticos ópticos también puede proporcionar una potencia poderosa para los escenarios tecnológicos populares actuales, como la inteligencia artificial, el análisis de big data y la conducción autónoma.

Xiong Yinjiang presentó que en el campo de la conducción autónoma, la potencia informática actual del nivel L3 es de 200 a 500 TOPS, y se espera que para alcanzar el nivel L5 se requiera más de 2000 TOPS. Si se basa en la tecnología existente, el consumo de energía será superior a 2 kW, lo que supone un desafío para la resistencia de los vehículos de conducción inteligente de nueva energía.

Por lo tanto, es necesario encontrar una solución con bajo consumo de energía y alta potencia informática, y los chips informáticos ópticos pueden satisfacer exactamente esta demanda.

Para la inteligencia incorporada actual, los chips de computación óptica pueden realizar una gran cantidad de cálculos en el extremo sin consumir demasiada energía, lo que permite a los robots mantener un "alto coeficiente intelectual" y al mismo tiempo realizar una gran cantidad de operaciones mecánicas.

Para que la inteligencia incorporada alcance las capacidades y capacidades cognitivas de la inteligencia artificial general (AGI), la potencia informática necesaria superará con creces los niveles actuales. El alto potencial de potencia informática de los chips informáticos ópticos permitirá que la inteligencia incorporada piense de forma independiente e incluso pueda tener capacidades de razonamiento y juicio que superen a los seres humanos. Este será el máximo potencial de la tecnología informática óptica.

Es innegable que los chips informáticos ópticos, con sus características de velocidad ultraalta y alta eficiencia energética, definitivamente darán origen a un nuevo paradigma algorítmico en el futuro, promoviendo así el progreso y la innovación en todo el campo de la informática.

4. El camino hacia la industrialización con “un clavo en la mano izquierda y un martillo en la derecha”

Con la producción en cinta de chips informáticos ópticos de escala matricial de 128×128, los próximos dos años serán un período crítico para la ingeniería de chips informáticos ópticos.En otras palabras, los chips de computación óptica realmente deben comenzar a aceptar la prueba de escenarios “reales y complejos”.

"2025 será un año decisivo para la tecnología de base óptica. En ese momento, los chips de computación óptica entrarán en el primer año de comercialización. La tecnología de base óptica tendrá contacto y adaptación a gran escala con empresas transformadoras y establecerá asociaciones comerciales. En 2026 "Se espera que los chips de computación óptica se realicen en envíos a gran escala", predijo Xiong Yinjiang.

Dijo a "Jiazi Light Year" que el desarrollo de tecnología basada en la luz sigue una estrategia en forma de T, verticalmente, profundizando en el ciclo del producto, desde chips hasta placas, hasta la adaptación posterior y los envíos finales. Los chips electrónicos también se grabarán en la segunda mitad de este año. El equipo realizará pruebas de empaque y completará el empaque optoelectrónico 2,5D y 3D. La placa de computación fotónica eventualmente se formará y entregará a los clientes para su adaptación, mientras se construye un ecosistema de software. .

Horizontalmente, la tecnología de base óptica ampliará las barreras de investigación y desarrollo en el campo de la computación óptica, llevará a cabo investigación y desarrollo a una escala matricial mayor, incluida, entre otras, la investigación y el desarrollo de chips de computación óptica en 256×256 y 512. Escala de matriz ×512 y utiliza tecnologías avanzadas como la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda.

"Esta estrategia en forma de T es profunda y garantiza que el producto no sea un castillo en el aire y pueda llegar hasta el nivel del usuario; al mismo tiempo, también garantiza que siempre podamos mantener una posición de liderazgo en la investigación. y el desarrollo", dijo Xiong Yinjiang a "Jiazi Guangnian".

Esquema de funcionamiento del chip informático óptico de tecnología basada en la luz, fuente de imagen: tecnología basada en la luz

La tecnología basada en la luz considera las capacidades de I+D como un "martillo" y la demanda del mercado como un "clavo".Requiere tanto una iteración continua de la tecnología como una retroalimentación continua sobre las necesidades de los usuarios.

Para que ambos se encuentren en el medio, es necesario invertir tanto en el mercado de la izquierda como en el de la derecha en I+D.

A nivel de investigación científica, la Tecnología basada en la Luz y la Universidad de Fudan han establecido un laboratorio conjunto para el hardware informático del futuro con el fin de explorar todas las posibilidades de la computación óptica en la era de la divergencia tecnológica.

En términos de implementación de ingeniería, el equipo ha reunido a "veteranos de la industria" de alto nivel en los campos de simulación, digital, hardware, arquitectura de sistemas y algoritmos para garantizar que el producto pueda lograr una implementación de ingeniería real.

Al mismo tiempo, la empresa ha establecido relaciones con socios en la cadena industrial nacional, incluida la cooperación estratégica con United Microelectronics, una empresa nacional líder en fotónica de silicio, e investigación y desarrollo de vanguardia de envases optoelectrónicos 2,5D y 3D con envases nacionales de primer nivel. y fábricas de pruebas.

Los avances tecnológicos son sólo un trampolín. A continuación, los chips informáticos ópticos y.Tecnología basada en la luzEn términos generales, lo que tenemos que afrontar es el desafío de la ecología industrial.

En la actualidad, los clientes del mercado generalmente utilizan NVIDIA u otras GPU familiares. Para lograr la aplicación generalizada de las placas de computación óptica, es necesario adaptarlas con los clientes. "La dirección de nuestros esfuerzos es garantizar que la placa de computación óptica sea totalmente compatible con el ecosistema existente en términos de hardware", afirmó Cheng Tangsheng.

ciertamente,Los chips informáticos ópticos y los chips eléctricos no son sustitutos, sino que se refuerzan mutuamente.

En las primeras etapas de desarrollo, los chips de computación óptica pueden desempeñar el papel de núcleos de computación tensoriales, ayudando a los chips electrónicos tradicionales. Dado el dominio actual de los chips electrónicos en el mercado, los chips de computación óptica asumirán primero una gran cantidad de tareas de computación lineal en aplicaciones de inteligencia artificial.

Sin embargo, a medida que las necesidades de los clientes se enriquecen gradualmente, todo el ecosistema de software también se enriquecerá y las capacidades de entrega de varias empresas de informática óptica también mejorarán.

Cheng Tangsheng comparó el desarrollo actual de chips informáticos ópticos con "la víspera de la llegada de AlphaGo". En comparación con la inteligencia artificial o las plataformas de chips electrónicos, la computación óptica se encuentra todavía en una etapa relativamente temprana de desarrollo. Con la mejora de la eficiencia y la mejora del ecosistema, la informática óptica desempeñará gradualmente un papel más importante y proporcionará un sólido soporte técnico para la informática, el almacenamiento, la transmisión y la percepción en la era inteligente.

Mi Lei, socio fundador de Zhongke Chuangxing, propuso la "Ley Mi 70" en 2016. Creía que la tecnología óptica será una tecnología básica muy crítica en el futuro y su costo representará el 70% del costo de toda la tecnología futura. productos. Pero es innegable que cualquier avance tecnológico requiere acumulación e inversión a largo plazo, así como un período más largo de transformación e implementación.

Los seres humanos se han beneficiado de la luz desde su nacimiento y la luz también creará más posibilidades para la inteligencia artificial.

*Referencias:

, Jiazi Suzhou

(Fuente de la imagen de portada: "Jiazi Guangnian" generada con herramientas de inteligencia artificial)

[Vista previa de la sala en vivo de Jiazi]

Este jueves (18 de julio) a las 14:00, el fundador y director ejecutivo de Jiazi Guangnian, Zhang Yijia, transmitirá en vivo con el analista del grupo de expertos de Jiazi Guangnian, Noor Maimati (Wheat), para analizar las oportunidades y desafíos detrás de la ola médica de IA. Durante la transmisión en vivo, los últimos juicios sobre el tratamiento médico de IA se compartirán de una manera fácil de entender con una "velocidad de 0,5x" basada en los resultados de la investigación del Jiazi Guangnian Think Tank. Durante el proceso, los dos oradores también responderán preguntas. de la audiencia y comunicarse con todos, que está lleno de información útil ¡No te lo pierdas!

Escanee el código QR en el cartel para programar una cita para la transmisión en vivo e ingrese al grupo de comunicación de transmisión en vivo con anticipación. Todos pueden escanear el código para obtener el informe y dominar los materiales de aprendizaje con anticipación.