- 27,637
- 46
- 8 Ноя 2022
Если нельзя получить лучшие чипы — нужно изобрести вычисления, где чипы вообще не главное.
Китай открыл в Шанхае лабораторию для разработки вычислений на световых сигналах. В обычных кремниевых чипах данные передают электроны, а в фотонных системах эту работу берут на себя фотоны, частицы света. Направление может пригодиться ИИ-системам и дата-центрам, где вычислительная мощность всё сильнее упирается в расход электричества, нагрев и скорость передачи данных между узлами.
Площадку запустили в Шанхайском университете транспорта, одном из ведущих технических вузов Китая. Полное название проекта можно перевести как Шанхайская ключевая лаборатория интегрированных оптических вычислительных чипов и систем. Университет будет работать вместе с промышленными партнёрами над фотонными чипами, оптическими компонентами, архитектурами вычислительных систем и программным слоем, без которого такие решения трудно вывести за пределы лаборатории.
Фотонные вычисления отличаются от привычной электроники способом передачи и обработки сигналов. В классическом процессоре информация проходит по кремниевым цепям через движение электронов. В фотонном чипе часть этой работы выполняет свет. Фотоны быстро переносят данные, дают высокую пропускную способность и выделяют меньше тепла, поэтому исследователи рассматривают оптические схемы как один из способов обойти ограничения обычных полупроводников.
Интерес к этой области подстёгивает искусственный интеллект . Большие модели требуют огромного числа операций при обучении и обработке запросов. Дата-центры расширяют вычислительные кластеры, тратят больше энергии на питание и охлаждение, а передача данных между ускорителями и серверами всё чаще становится отдельной проблемой. Простое добавление новых графических процессоров повышает производительность, но одновременно увеличивает счета за электричество и усложняет инфраструктуру.
Фотонные чипы предлагают вынести часть нагрузки в область, где световой сигнал работает эффективнее электрического. Для ИИ это особенно важно при быстрой передаче данных между вычислительными блоками, матричных операциях и плотных нагрузках, которые постоянно гонят большие массивы чисел через систему. В теории фотонные архитектуры могут дать выигрыш в скорости, пропускной способности и энергоэффективности. На практике эту теорию ещё нужно довести до стабильных устройств, понятных инструментов разработки и серийного производства.
Директор лаборатории, профессор Шанхайского университета транспорта Цзоу Вэйвэнь, связывает фотонные вычисления с ростом спроса на вычислительную мощность. По его словам, направление привлекает преимуществами по ширине канала, задержке и расходу энергии. Для Китая эта тема имеет ещё один смысл: стране нужны собственные варианты аппаратной базы для ИИ, потому что доступ к передовым зарубежным полупроводникам ограничивают экспортные запреты и проблемы в цепочках поставок.
Лаборатория займётся несколькими связанными направлениями: архитектурами фотонных чипов , кремниевой фотоникой, оптическими устройствами, алгоритмами и промышленными применениями. Кремниевая фотоника здесь особенно важна. Она позволяет совмещать оптические элементы с хорошо освоенными кремниевыми технологиями, а значит, даёт более реалистичный путь от экспериментального образца к производству.
Создатели площадки хотят работать со всей цепочкой, а не с отдельным быстрым модулем. Для фотонных вычислений это принципиально: оптический компонент сам по себе мало что меняет, если вокруг него нет архитектуры, алгоритмов, библиотек, инструментов разработки и задач, где световой чип действительно показывает преимущество. Без такой связки технология легко остаётся демонстрационным образцом, который сложно встроить в реальные вычислительные системы.
Проект запустили вместе с Lightelligence, шанхайским стартапом в области фотонных вычислений. Компания ранее заявляла о крупном внедрении гибридных оптико-электронных вычислительных систем и входит в число заметных китайских игроков на этом рынке. Участие Lightelligence показывает, что лаборатория рассчитана не только на академические публикации. Разработки хотят проверять рядом с промышленными задачами и будущими продуктами.
Шанхайские власти поддерживали фотонные вычисления через научно-технические программы, инновационные платформы и промышленные проекты. Для города это способ развивать направление, где мировой рынок ещё не поделен так жёстко, как рынок передовых электронных чипов. В классических полупроводниках многое зависит от дорогого оборудования, лицензий, поставщиков и экспортного контроля. Оптические вычисления дают Китаю шанс вырастить альтернативную ветку аппаратной инфраструктуры.
Световыми процессорами занимаются не только в Китае. Инженеры по всему миру ищут дополнение к электронным схемам, потому что дальнейшее уменьшение транзисторов даётся всё сложнее. Микросхемы становятся плотнее, но питание, охлаждение и обмен данными между элементами обходятся дороже. Оптические каналы могут снизить часть этой нагрузки в задачах, где через систему постоянно проходят большие потоки данных.
Фотонные вычисления пока не готовы заменить графические процессоры в дата-центрах. Цзоу Вэйвэнь отдельно указывает на слабое место: вокруг фотонного оборудования ещё нет зрелой программной и алгоритмической экосистемы. Разработчикам нужны компиляторы, библиотеки, способы описывать задачи и методы распределять работу между оптическими и электронными блоками. Без этого даже удачный чип будет трудно использовать на полную мощность.
Инженерных проблем тоже хватает. Фотонные системы нужно точно настраивать, соединять с электроникой, удерживать стабильность сигналов, снижать потери и выпускать с повторяемым качеством. Свет хорошо подходит для передачи данных, но не все операции удобно выполнять в оптической форме. Поэтому ближайший реалистичный путь - гибридные системы , где свет берёт на себя передачу и часть вычислений, а электроника отвечает за управление, память и операции, которые привычные схемы пока выполняют надёжнее.
Китай открыл в Шанхае лабораторию для разработки вычислений на световых сигналах. В обычных кремниевых чипах данные передают электроны, а в фотонных системах эту работу берут на себя фотоны, частицы света. Направление может пригодиться ИИ-системам и дата-центрам, где вычислительная мощность всё сильнее упирается в расход электричества, нагрев и скорость передачи данных между узлами.
Площадку запустили в Шанхайском университете транспорта, одном из ведущих технических вузов Китая. Полное название проекта можно перевести как Шанхайская ключевая лаборатория интегрированных оптических вычислительных чипов и систем. Университет будет работать вместе с промышленными партнёрами над фотонными чипами, оптическими компонентами, архитектурами вычислительных систем и программным слоем, без которого такие решения трудно вывести за пределы лаборатории.
Фотонные вычисления отличаются от привычной электроники способом передачи и обработки сигналов. В классическом процессоре информация проходит по кремниевым цепям через движение электронов. В фотонном чипе часть этой работы выполняет свет. Фотоны быстро переносят данные, дают высокую пропускную способность и выделяют меньше тепла, поэтому исследователи рассматривают оптические схемы как один из способов обойти ограничения обычных полупроводников.
Интерес к этой области подстёгивает искусственный интеллект . Большие модели требуют огромного числа операций при обучении и обработке запросов. Дата-центры расширяют вычислительные кластеры, тратят больше энергии на питание и охлаждение, а передача данных между ускорителями и серверами всё чаще становится отдельной проблемой. Простое добавление новых графических процессоров повышает производительность, но одновременно увеличивает счета за электричество и усложняет инфраструктуру.
Фотонные чипы предлагают вынести часть нагрузки в область, где световой сигнал работает эффективнее электрического. Для ИИ это особенно важно при быстрой передаче данных между вычислительными блоками, матричных операциях и плотных нагрузках, которые постоянно гонят большие массивы чисел через систему. В теории фотонные архитектуры могут дать выигрыш в скорости, пропускной способности и энергоэффективности. На практике эту теорию ещё нужно довести до стабильных устройств, понятных инструментов разработки и серийного производства.
Директор лаборатории, профессор Шанхайского университета транспорта Цзоу Вэйвэнь, связывает фотонные вычисления с ростом спроса на вычислительную мощность. По его словам, направление привлекает преимуществами по ширине канала, задержке и расходу энергии. Для Китая эта тема имеет ещё один смысл: стране нужны собственные варианты аппаратной базы для ИИ, потому что доступ к передовым зарубежным полупроводникам ограничивают экспортные запреты и проблемы в цепочках поставок.
Лаборатория займётся несколькими связанными направлениями: архитектурами фотонных чипов , кремниевой фотоникой, оптическими устройствами, алгоритмами и промышленными применениями. Кремниевая фотоника здесь особенно важна. Она позволяет совмещать оптические элементы с хорошо освоенными кремниевыми технологиями, а значит, даёт более реалистичный путь от экспериментального образца к производству.
Создатели площадки хотят работать со всей цепочкой, а не с отдельным быстрым модулем. Для фотонных вычислений это принципиально: оптический компонент сам по себе мало что меняет, если вокруг него нет архитектуры, алгоритмов, библиотек, инструментов разработки и задач, где световой чип действительно показывает преимущество. Без такой связки технология легко остаётся демонстрационным образцом, который сложно встроить в реальные вычислительные системы.
Проект запустили вместе с Lightelligence, шанхайским стартапом в области фотонных вычислений. Компания ранее заявляла о крупном внедрении гибридных оптико-электронных вычислительных систем и входит в число заметных китайских игроков на этом рынке. Участие Lightelligence показывает, что лаборатория рассчитана не только на академические публикации. Разработки хотят проверять рядом с промышленными задачами и будущими продуктами.
Шанхайские власти поддерживали фотонные вычисления через научно-технические программы, инновационные платформы и промышленные проекты. Для города это способ развивать направление, где мировой рынок ещё не поделен так жёстко, как рынок передовых электронных чипов. В классических полупроводниках многое зависит от дорогого оборудования, лицензий, поставщиков и экспортного контроля. Оптические вычисления дают Китаю шанс вырастить альтернативную ветку аппаратной инфраструктуры.
Световыми процессорами занимаются не только в Китае. Инженеры по всему миру ищут дополнение к электронным схемам, потому что дальнейшее уменьшение транзисторов даётся всё сложнее. Микросхемы становятся плотнее, но питание, охлаждение и обмен данными между элементами обходятся дороже. Оптические каналы могут снизить часть этой нагрузки в задачах, где через систему постоянно проходят большие потоки данных.
Фотонные вычисления пока не готовы заменить графические процессоры в дата-центрах. Цзоу Вэйвэнь отдельно указывает на слабое место: вокруг фотонного оборудования ещё нет зрелой программной и алгоритмической экосистемы. Разработчикам нужны компиляторы, библиотеки, способы описывать задачи и методы распределять работу между оптическими и электронными блоками. Без этого даже удачный чип будет трудно использовать на полную мощность.
Инженерных проблем тоже хватает. Фотонные системы нужно точно настраивать, соединять с электроникой, удерживать стабильность сигналов, снижать потери и выпускать с повторяемым качеством. Свет хорошо подходит для передачи данных, но не все операции удобно выполнять в оптической форме. Поэтому ближайший реалистичный путь - гибридные системы , где свет берёт на себя передачу и часть вычислений, а электроника отвечает за управление, память и операции, которые привычные схемы пока выполняют надёжнее.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
