新芯片打开了光速人工智能计算的大门
发布时间：2024-02-16 20:00:07 阅读数： 75
来源:CC0公共领域
宾夕法尼亚大学的工程师们开发了一种新的芯片，它使用光波而不是电来执行训练人工智能所必需的复杂数学运算。这种芯片有可能从根本上加快计算机的处理速度，同时降低它们的能耗。
硅光子(SiPh)芯片的设计是第一个将本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin)奖得主和H. Nedwill Ramsey教授Nader Engheta的开创性研究结合在一起，该研究在纳米尺度上操纵材料，利用光(最快的通信手段)与SiPh平台进行数学计算，SiPh平台使用硅，这种廉价而丰富的元素用于大规模生产计算机芯片。光波与物质的相互作用代表了一种可能的发展计算机的途径，它取代了今天的芯片的局限性，这些芯片本质上是基于与20世纪60年代早期计算革命的芯片相同的原理。在《自然光子学》杂志上发表的一篇论文中，Engheta的团队与电子与系统工程副教授Firooz Aflatouni一起描述了这种新芯片的开发。“我们决定联合起来，”Engheta说，他充分利用了Aflatouni的研究小组率先开发纳米级硅器件的事实。他们的目标是开发一个平台来执行所谓的向量矩阵乘法，这是神经网络开发和功能中的核心数学运算，是当今人工智能工具的计算机架构。
Engheta解释说，不是使用统一高度的硅晶片，“你可以把硅做得更薄，比如150纳米”，但只在特定的区域。这些高度的变化——不需要添加任何其他材料——提供了一种控制光通过芯片传播的方法，因为高度的变化可以被分布，使光以特定的模式散射，从而允许芯片以光速进行数学计算。Aflatouni说，由于生产芯片的商业代工厂所施加的限制，这种设计已经为商业应用做好了准备，并且有可能适用于图形处理单元(gpu)，随着人们对开发新的人工智能系统的广泛兴趣，对gpu的需求已经飙升。
“他们可以采用硅光子学平台作为附加组件，”Aflatouni说，“然后你可以加快训练和分类。”
除了更快的速度和更少的能耗，Engheta和Aflatouni的芯片还有隐私方面的优势:因为许多计算可以同时进行，所以不需要将敏感信息存储在计算机的工作存储器中，这使得由这种技术驱动的未来计算机实际上是不可破解的。
“没有人可以侵入一个不存在的记忆来获取你的信息，”Aflatouni说。其他共同作者包括宾夕法尼亚大学工程学院的Vahid Nikkhah、Ali Pirmoradi、Farshid Ashtiani和Brian Edwards。
