Optična povezava čipov prinaša 100-krat hitrejše delovanje ob minimalni porabi

Skupina raziskovalcev s Pekinške univerze je razvila prototip optičnega povezovalnega sistema, ki obeta korenit premik pri izvajanju modelov umetne inteligence. Namesto nenehnega dodajanja novih in potratnih grafičnih procesorjev so se znanstveniki osredotočili na odpravo največjega ozkega grla v računalništvu, in sicer počasnega prenosa podatkov med posameznimi čipi. Z uporabo svetlobe namesto klasičnih električnih povezav so dosegli osupljive rezultate.

V središču te nove arhitekture je silicijev fotonični oddajnik-sprejemnik s hitrostjo 400 Gbps, ki pretvarja električne signale v svetlobne in obratno. Ta deluje z roko v roki s prilagojenim optičnim stikalnim čipom, ki usmerja podatke med računskimi vozlišči in ustvarja izjemno prilagodljivo komunikacijsko omrežje s skupno pasovno širino preklapljanja do 6,4 Tbps. Ključna prednost tega stikala je izjemno nizka skupna izguba signala, ki znaša manj kot 5 dB. To omogoča hiter prenos podatkov brez napak in brez potrebe po zapletenem zunanjem optičnem ojačevanju signala.

Za praktični preizkus te zasnove so raziskovalci uporabili petplastno konvolucijsko nevronalno omrežje, namenjeno odstranjevanju šumov s slik. Vsaka plast omrežja je bila dodeljena svoji računski enoti, optično stikalo pa je procesorje povezalo v skupno enoto. Namesto da bi se vmesni podatki nenehno zapisovali v delovni pomnilnik in nato pošiljali naprej, so se prenašali neposredno skozi optično omrežje. To je znatno zmanjšalo »zamude« in omogočilo, da so procesne enote delovale brez prekinitev.

Rezultati so bili presenetljivi. V primerjavi s komercialnim grafičnim procesorjem, ki je opravljal enako nalogo čiščenja slik, je optični sistem deloval več kot stokrat hitreje. Pri tem pa je porabil le približno devetino računske moči.

Kljub navdušenju pa moramo ostati nekoliko zadržani. Gre namreč za zgodnji laboratorijski prototip, prenos takšne tehnologije v množično proizvodnjo pa je vedno izjemno zahteven izziv. Integracija zapletene optike neposredno na silicij prinaša visoke proizvodne stroške in tehnične ovire, ki jih bo treba šele premagati. Če pa bo projekt uspešen, bi lahko ta tehnologija ponudila rešitev za nevzdržno porabo energije v sodobnih podatkovnih centrih in optimizirala delovanje naprav na samem robu omrežja.