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先導企業播報 | 硅光子進入AI芯片,光子算數做商用落地先行者
發布日期:2019-08-08

“神經網絡”和“人工智能”可謂是最炙手可熱的科技辭藻,它們應用廣泛,例如在數據中心支持搜索、推薦和視頻處理等任務,在無人駕駛汽車里擔任視覺系統等。未來將會是一個萬物互聯的智能時代,人工智能的深入應用將為人類帶來更多意想不到的體驗。


 硅光子AI芯片定位:光電協同加速算法處理


人工智能高速發展的基礎是算法、數據和硬件算力。而在當今互聯網時代下大數據高速增長,現有計算能力無法匹配,極大地限制了人工智能的發展和應用。不管是高通還是英偉達,在AI算法加速方面,傳統的純電芯片構架方案都顯得力不從心,能耗壓力更為顯著。


近期,我們采訪到的一家專業從事光電融合AI計算硬件研發的公司——光子算數,就很好地解決了這一問題。他們將硅光技術引入AI計算,做到光電協同、軟硬協同,相對于傳統的純電AI芯片方案顯著節約了功耗,有效降低數據中心與企業機房的運維電費,并有效提升數據中心的計算能力。


圖1 硅光協處理加速芯片陣列


光子算數創始人白冰指出,目前來說硅光子芯片在AI計算領域的定位是協處理加速芯片,加速的對象是AI任務中的矩陣運算,因此應稱為光子協處理加速芯片。計算板卡上搭載兩類芯片,一類是電子芯片(FPGA或是ASIC),另一類是光子協處理加速芯片,兩者形成板卡級的異構協同計算,其中電子芯片完成控制和非線性計算的部分,光子芯片協處理加速芯片完成矩陣計算的部分。因此,光子芯片與現有電芯片的關系并非是替代,而是為現有各類電芯片提供板卡級的協處理加速方案。


在商用化產品進展方面,光子算數在明年2月份會交付第一批定制化功能的AI計算板卡商用訂單,面向的市場是電信運營商的數據中心和一些大型企業的自有機房,是全球首個推出商用光電融合AI計算服務器板卡的公司。


從傳輸走向計算 硅光子大有作為

自從英特爾公司開發出世界上首個集成了激光器的硅基光電數據聯結系統后,光束開始替代電子在計算機內部及周邊進行數據傳輸,光電兩種截然不同的物理現象終于成功地被結合在一起。而如今,硅作為光學通信傳輸方面的應用已經相當普及,由于光的快速反應和并行特性,能瞬間傳輸大量數據,因此被普遍應用在數據中心的服務器上。

然而,真正把“光子”帶往計算領域,甚至形成“光電融合計算”的概念,卻是近兩年才逐漸被發掘出來。由于基于GPU、FPGA等的純電芯片面臨的物理特性限制,業界開始探索新的計算技術。


白冰解釋說,在數據中心的應用中,人們往往需要重點考慮功耗的問題,基于這樣的考慮,采用光學計算芯片來為數據中心的服務器提供低功耗的算力,相較于傳統的GPU方案,目前階段的技術可以將功耗控制到幾分之一。服務器搭載的板卡采用光電異構的計算架構,用光子芯片來完成AI推理計算的主體部分(低精度的矩陣運算),為電芯片(FPGA等)來提供協處理加速,從而完成整體的光電融合計算。


圖2 光電融合智能計算板卡

圖3 光電異構的智能計算架構

光電融合AI計算芯片商用落地先行者

白冰介紹到,光電融合AI計算目前初步具備一些場景的商用能力,但是從整體技術發展上看還處于剛剛起步的階段,從關鍵器件、架構設計、光電混合封裝到底層驅動和應用配套算法,很多技術部分都可以優化升級,甚至是重新設計。


光子算數的技術團隊涉及多個關鍵領域的融合,主要包括硅光芯片、模擬電子芯片、數字電子芯片、光電混合封裝和底層驅動等,由來自國內知名高校的學術人員和工業界的資深技術專家組成,目前規模30人。這樣的技術團隊配置也反映了光電融合AI計算的特點與難點,多領域技術的高度協同——光學芯片與電學芯片匹配,光電硬件系統整體與AI場景算法匹配。光子算數同時還與國內主要的高校和研究所基本都有合作,共同承擔一些該領域內重要國家科研攻關項目,這也是光子算數技術進展迅速的重要支撐。


實際上,采用光電融合AI計算的開發者光子算數并不是全球首家,在國內很多優秀的高校科研團隊也的相應的突破性進展和非常好的技術路線,但光子算數期望能夠成為其商業化落地應用的先行者。如今光子算數的團隊正在努力優化其芯片性能,相信在不久的將來隨著第一批光電融合AI計算芯片的商用化,將帶來人工智能計算硬件的新局面。


今年9月深圳光博會期間,由先導院攜手主辦方打造的“光電子器件與光電集成技術發展論壇”上,將邀請光子算數創始人白冰做主題分享,繼續為我們解析硅光計算對架構與算法的影響。


本次論壇以“光電產業.智領未來”為主題,將聚集我國核心芯片技術領域取得的新成就,光電子器件集成的最新進展及其在最前沿的AI、5G、自動駕駛、傳感器和物聯網技術領域的創新應用。同場分享的還有北京大學,中國科技大學以及中科院西安光機所的技術專家, Yole Developement,Broadcom,上海劍橋科技,西安奇芯光電等國內外知名企業,共同打造光電子集成行業頂級盛會。

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