Fully multiplexed photonic tensor computing
تقدم الورقة البحثية FieldCore، وهو قلب تنسوري فوتوني متعدد الإرسال بالكامل يستفيد من تقنيات السيليكون الفوتوني المصممة عكسياً لاستغلال خمسة أبعاد بصرية في آن واحد، محققاً إنتاجية تُقدر بـ 69.12 تيرابايت من العمليات في الثانية (TOPS) وممكناً المعالجة المتوازية عالية الدقة لمختلف أعباء العمل الحوسبية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل حواسيب العالم كأنها مطابخ ضخمة ومزدحمة. في الوقت الحالي، بدأت هذه المطابخ تزدحم؛ فهي تحاول طهي كميات هائلة من البيانات من أجل الذكال الاصطناعي، لكن الطهاة (المعالجات) عالقون في انتظار نقل المكونات من المخزن إلى الموقد. هذا "الازدحام المروري" الناتج عن نقل البيانات يبطئ كل شيء ويستهلك الكثير من الطاقة. يبحث العلماء عن طريقة جديدة للطهي لا تعتمد على نقل المكونات حولاً كثيراً، وقد توجهوا نحو الضوء.
فكر في الضوء ليس مجرد شعاع واحد، بل كطريق سريع فائق المرونة. في الحاسوب العادي، تنتقل البيانات مثل السيارات على طريق ذي مسرب واحد، واحدة تلو الأخرى. ولكن في عالم الفتونيات (استخدام الضوء للحوسبة)، أدرك العلماء أن للضوء العديد من المسارات الخفية. يمكنك إرسال رسائل مختلفة عبر ألوان مختلفة من الضوء في نفس الوقت (مثل محطات الراديو المختلفة)، أو عبر "اهتزازات" مختلفة لشعاع الضوء، أو حتى عن طريق تقسيم الشعاع إلى مسارات مختلفة داخل شريحة متناهية الصغر. السؤال الكبير كان: هل يمكننا بناء حاسوب يستخدم كل هذه المسارات في وقت واحد، وبتزامن مثالي، لإجراء عمليات رياضية معقدة دون حدوث ازدحام مروري؟
هذا هو بالضبط ما سعى فريق من الباحثين من جامعة فودان ومؤسسات أخرى للقيام به. لقد قدموا اختراعاً جديداً يسمى FieldCore، والذي يصفونه بأنه "نواة تنسور فتونية متعددة الإرسال بالكامل" (fully multiplexed photonic tensor core). بعبارة بسيطة، "التنسور" (Tensor) هو مجرد كلمة رياضية معقدة لوصف كتلة من البيانات متعددة الأبعاد (مثل مجموعة من الصور أو شبكة ثلاثية الأبعاد من الأرقام)، و"متعدد الإرسال" (Multiplexed) تعني إرسال أشياء كثيرة في وقت واحد.
بنى الباحثون شريحة سيليكون صغيرة تعمل كقائد أوركسترا للضوء. فبدلاً من استخدام لون واحد من الضوء أو مسار واحد فقط، يقوم FieldCore بالتقاط البيانات ونشرها عبر خمسة أبعاد مختلفة في آن واحد: الزمن (متى تصل الإشارة)، والمكان (أي مسار تسلكه)، والطول الموجي (لون الضوء)، والتردد اللاسلكي (سرعة اهتزاز الإشارة)، والنمط الموجه (شكل موجة الضوء).
تخ de تدفقاً واحداً من الماء يصطدم بفوهة سحرية. بدلاً من رش نفاث واحد فقط، تقوم هذه الفوهة فوراً بتحويل ذلك الماء إلى شبكة ضخمة ومنظمة من آلاف التدفقات الصغيرة المستقلة، والتي تتدفق جميعها عبر نفس الأنبوب. يقوم FieldCore بذلك مع الضوء؛ فهو يأخذ مدخلاً واحداً ويوسعه إلى جيش ضخم ومتوازٍ من تدفقات البيانات. وقد أظهر الفريق أن هذه الشريحة يمكنها إجراء عمليات رياضية (تحديداً الضرب والجمع، وهو جوهر الذكاء الاصطناعي) على كل هذه التدفقات في نفس الوقت تماماً، دون أن تختلط ببعضها أو تفقد شكلها.
لقد اختبروا هذه "الشريحة الفائقة" في مهام مبهرة؛ حيث جعلوا الشريحة تتعرف على الأرقام المكتوبة بخط اليد (مثل الرقم '9') بدقة عالية، حتى عند معالجة مئات الصور في وقت واحد. كما استخدموها لتحليل صور معقدة لسطح الأرض لتحديد أنواع مختلفة من الأراضي، وللاستماع إلى اهتزازات الآلات لرصد الأعطال قبل وقوعها. كانت النتائج قوية: تعاملت الشريحة مع البيانات بسرعات هائلة (تصل إلى 120 جيغابايت في الثانية) وحافظت على دقة عالية، مما يعني أن العمليات الحسابية كانت صحيحة حتى مع كل ذلك الزحام المتوازي.
يقدر الفريق أنه إذا تم استغلال هذا التصميم إلى أقصى حد، يمكن لشريحة واحدة من نوع FieldCore أن تؤدي حوالي 69.12 تيرا عملية في الثانية (TOPS) وتتعامل مع ما يصل إلى 1,800 تدفق مدخلات متوازٍ في وقت واحد. هذا ليس مجرد تحسين بسيط، بل هو طريقة تفكير جديدة تماماً في كيفية معالجة المعلومات. فمن خلال استخدام "القوة" الكاملة لأبعاد الضور المتعددة، يقدم FieldCore مساراً واعداً لبناء حواسيب ذكاء اصطناعي أسرع وأكثر كفاءة، لا تتعثر في ازدحامات حركة البيانات التي تعاني منها الإلكترونيات اليوم.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.