Fully multiplexed photonic tensor computing
Het artikel introduceert FieldCore, een volledig gemultiplexeerde fotonische tensorkern die gebruikmaakt van inverse-ontworpen siliciumfotonica om simultaan vijf optische dimensies te benutten, waarmee een geschatte doorvoer van 69,12 TOPS wordt bereikt en hoogwaardige, parallelle verwerking voor diverse computationele workloads wordt mogelijk gemaakt.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Stel je de computers van de wereld voor als gigantische, drukke keukens. Op dit moment raken deze keukens overvol. Ze proberen enorme hoeveelheden data te bereiden voor kunstmatige intelligentie, maar de chefs (processors) staan te wachten tot ingrediënten van de voorraadkast naar het fornuis worden gebracht. Deze "verkeersopstopping" van het verplaatsen van data vertraagt alles en verbruikt veel energie. Wetenschappers zoeken naar een nieuwe manier van koken die niet zo afhankelijk is van het rondverplaatsen van ingrediënten. Ze richten zich op licht.
Beschouw licht niet alleen als een enkele straal, maar als een superflexibele snelweg. In een normale computer reist data als auto's op een eenbaansweg, één na de andere. Maar in de wereld van fotonica (het gebruik van licht om te rekenen), realiseerden wetenschappers zich dat licht veel verborgen rijstroken heeft. Je kunt verschillende berichten versturen op verschillende kleuren licht tegelijkertijd (zoals verschillende radiostations), op verschillende "vibraties" van de lichtstraal, of zelfs door de lichtstraal in verschillende paden te splitsen binnen een minuscule chip. De grote vraag is geweest: Kunnen we een computer bouwen die al deze rijstroken tegelijkertijd gebruikt, perfect gesynchroniseerd, om complexe wiskunde uit te voeren zonder de verkeersopstopping?
Dit is precies waar een team onderzoekers van de Fudan Universiteit en andere instellingen zich op heeft gericht. Ze hebben een nieuwe uitvinding geïntroduceerd genaamd FieldCore, die ze beschrijven als een "volledig gemultiplext fotonisch tensor-kern". In eenvoudige termen is een "tensor" gewoon een deftig wiskundig woord voor een meerdimensionaal blok data (zoals een stapel afbeeldingen of een 3D-raster van getallen), en "gemultiplext" betekent het tegelijkertijd versturen van veel zaken.
De onderzoekers bouwden een minuscule siliciumchip die fungeert als een meesterdirigent voor licht. In plaats van slechts één kleur licht of één pad te gebruiken, grijpt FieldCore data en verspreidt het over vijf verschillende dimensies tegelijkertijd: tijd (wanneer het signaal aankomt), ruimte (welk pad het aflegt), golflengte (de kleur van het licht), radiofrequentie (de snelheid van de trilling van het signaal) en geleidingsmodus (de vorm van de lichtgolf).
Stel je een enkele waterstroom voor die een magische sproeikop raakt. In plaats van slechts één straal te spuiten, verandert deze sproeikop het water onmiddellijk in een massief, georganiseerd raster van duizenden kleine, onafhankelijke stromen, die allemaal door dezelfde pijp stromen. FieldCore doet dit met licht. Het neemt een enkele input en breidt dit uit naar een enorm, parallel leger van datastromen. Het team liet zien dat deze chip wiskundige operaties kan uitvoeren (specifiek het vermenigvuldigen en optellen van getallen, wat de kern is van AI) op al deze stromen op exact hetzelfde moment, zonder dat ze door elkaar raken of hun vorm verliezen.
Ze hebben deze "superchip" getest met indrukwekkende taken. Ze lieten de chip handgeschreven cijfers herkennen (zoals het cijfer '9') met een hoge nauwkeurigheid, zelfs wanneer er honderden afbeeldingen tegelijkertijd werden verwerkt. Ze gebruikten het ook om complexe beelden van het aardoppervlak te analyseren om verschillende soorten land te identificeren en om de trillingen van machines te beluisteren om defecten op te sporen voordat ze kapot gaan. De resultaten waren sterk: de chip verwerkte data met ongelooflijk hoge snelheden (tot 120 GBaud) en behield een hoge precisie, wat betekent dat de wiskunde correct was, zelfs met al dat parallelle verkeer.
Het team schat dat als ze dit ontwerp volledig maximaliseren, een enkele FieldCore-chip ongeveer 69,12 tera operaties per seconde (TOPS) kan uitvoeren en tot wel 1.800 parallelle inputstromen tegelijkert aan kan. Dit is niet zomaar een kleine verbetering; het is een compleet nieuwe manier van denken over hoe informatie verwerkt moet worden. Door de volledige "kracht" van de vele dimensies van licht te benutten, biedt FieldCore een veelbelovend pad naar het bouwen van snellere, efficiëntere AI-computers die niet vastlopen in de dataverkeersopstoppingen van de huidige elektronica.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.