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今天看說中國打算彎道超車，搞光子芯片

最近幾十年計(jì)算機(jī)能耗飛漲。研究人員估計(jì)，目前數(shù)據(jù)中心所耗能源占全世界能源的1%。僅谷歌一家公司每年就耗費(fèi)了 12 TW·h 以上的能源，比斯里蘭卡整個(gè)國家耗費(fèi)的能源還要多。

比特幣以及其他種類加密貨幣的挖礦活動(dòng)自2009年興起，現(xiàn)在耗費(fèi)的電量也越來越多，最新官方估計(jì)比特幣挖礦每年耗費(fèi)電量達(dá)121 TW·h。

AI也是耗電大戶，特別是其中的深度學(xué)習(xí)、面部識(shí)別等功能所必需的深度學(xué)習(xí)算法。訓(xùn)練這些算法時(shí)，需要處理大量數(shù)據(jù)，也就相應(yīng)地需要耗費(fèi)大量電力，并可能產(chǎn)生巨量二氧化碳。一項(xiàng)研究估計(jì)，深度學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練所需能源相當(dāng)于一輛汽車在其使用壽命內(nèi)所耗盡的能源總量。

各個(gè)公司也采取了多種方式抑制能耗并減少計(jì)算機(jī)計(jì)算對氣候產(chǎn)生的影響。例如，數(shù)據(jù)中心能效得到了有效提升。2010年~2018年數(shù)據(jù)中心能耗僅上升了6%，算力則提升了6倍。但是使用光子而非電子的光基集成電路在降能耗上表現(xiàn)更為出色。這些電路能耗如此之低，歸功于光的性質(zhì)。當(dāng)電子通過晶體管和其他傳統(tǒng)集成電路元件時(shí)，會(huì)遇到阻力并產(chǎn)生熱量。隨著設(shè)計(jì)者不斷將各種元件添加到芯片上，芯片產(chǎn)生的熱量自然會(huì)升高。

此外，光子芯片計(jì)算速度也更高。在光基設(shè)備中數(shù)據(jù)以光速移動(dòng)，比普通電路中電子移動(dòng)速度快10倍。美國馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學(xué)院的電子工程學(xué)和計(jì)算機(jī)工程學(xué)副教授Dirk Englund說道：“物理學(xué)使我們有了如此巨大的收獲。”他還稱，光子芯片能將處理速度提升 6~7 個(gè)數(shù)量級(jí)。

除此，光子芯片將為AI帶來突破式發(fā)展，不只因?yàn)槠錁O高的運(yùn)行速度和低能耗。Englund說，光子芯片可以輕松運(yùn)算矩陣向量乘法，同時(shí)支持深度學(xué)習(xí)。而且，傳統(tǒng)集成電路無法勝任的線性代數(shù)計(jì)算，對光子芯片來說也不在話下。

數(shù)家公司都在為AI開發(fā)光子芯片，其中就包括位于波士頓的Lightelligence公司。然而，Lightmatter公司的Envise芯片是最接近商業(yè)化的。公司稱該芯片相比當(dāng)前頂尖電子芯片快10倍，且能耗只有后者的15%。不過還沒有第三方對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)。Lightmatter公司計(jì)劃將在一個(gè)刀片服務(wù)器中使用16個(gè)芯片，組成一個(gè)數(shù)據(jù)中心專用AI計(jì)算機(jī)，并在2021年下半年與消費(fèi)者見面。當(dāng)然這種設(shè)備并非只采用光子芯片，它也包含電子芯片，加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校電子與計(jì)算機(jī)工程及材料學(xué)教授John Bowers認(rèn)為：“Lightmatter公司的產(chǎn)品是一個(gè)巨大的進(jìn)步。”

光子芯片同樣可以幫助其他計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)能耗降低。比如，部分專家認(rèn)為這類設(shè)備能夠抑制加密貨幣挖礦的能源需求。然而，這些光子芯片也有局限性。Englund說，首先，研發(fā)光基內(nèi)存極為困難，只能采用傳統(tǒng)電子芯片為 Envise 提供內(nèi)存。此外，光子芯片是模擬計(jì)算，計(jì)算精度可能比不上電子芯片。因此，Lightmatter公司所售刀片服務(wù)器的主要賣點(diǎn)是“加速器”，用于幫助受過訓(xùn)練的AI算法運(yùn)行。此外，AI研究人員稱他們很高興能馬上拿到光子芯片進(jìn)行測試。Englund說：“我們馬上就能看到比較結(jié)果，見識(shí)到光基設(shè)備有多強(qiáng)大。”

bravo090 發(fā)表于 2024-4-1 11:33
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