Kejayaan baharu dalam pengkomputeran Tsinghua Optoelektronik: prestasi cip meningkat sebanyak 10,000 kali ganda, penyelidikan mencapai Nature teratas

Pasukan Universiti Tsinghua telah membuat penemuan baharu dalam bidang cip pengkomputeran berprestasi ultra tinggi, dan penyelidikan berkaitan telah diterbitkan dalam Nature.

Dengan kemunculan pelbagai model besar dan rangkaian neural yang mendalam, cara mencipta cip AI generasi akan datang yang memenuhi pembangunan kecerdasan buatan dan mempunyai kedua-dua kuasa pengkomputeran yang besar dan kecekapan tenaga yang tinggi telah menjadi hangat. topik di barisan hadapan antarabangsa.

Antara isu saintifik utama 2023 yang dikeluarkan oleh Persatuan Sains dan Teknologi China, "Cara merealisasikan kecerdasan buatan tenaga rendah" berada di kedudukan pertama.

Baru-baru ini, pasukan Tsinghua University telah membuat penemuan baharu dalam bidang ultracip pengkomputeran berprestasi tinggi. Keputusan yang berkaitan telah diterbitkan dalam Nature di bawah tajuk "Cip foto-elektronik semua analog untuk tugas penglihatan berkelajuan tinggi".

Cip ini berdasarkan seni bina pengkomputeran gabungan optoelektronik analog tulen Dalam pengukuran sebenar tugas penglihatan pintar termasuk ImageNet, dengan ketepatan yang sama, ia mempunyai 3,000 kali lebih kuasa pengkomputeran dan 4 juta lebih kecekapan tenaga daripada sedia ada. -GPU berprestasi pada ketepatan yang sama .

^{Isi kandungan yang perlu ditulis semula ialah: Rajah 1 Kertas kerja berkaitan (Sumber: "Nature")}

Alamat kertas:

Chen, Allnic-anat photo -tugas penglihatan pantas https://doi.org/10.1038/s41586-023-06558-8 (2023).

Masa depan sudah ada? Bukan mudah untuk mencapai lonjakan dalam kuasa pengkomputeran menggunakan cip pengkomputeran berasaskan cahaya, terutamanya seni bina cip tradisional semasa, yang dihadkan oleh saiz transistor elektronik yang menghampiri had fizikal. Seni bina pengkomputeran baharu telah menjadi kunci untuk memecahkan keadaan. Pengkomputeran optik, dengan keselarian dan kelajuan ultra tinggi, dianggap sebagai salah satu penyelesaian bersaing yang paling berkuasa untuk seni bina pengkomputeran yang mengganggu masa hadapan.

Pengkomputeran optik, seperti namanya, menukar pembawa pengkomputeran daripada elektrik kepada cahaya, dan menggunakan perambatan cahaya dalam cip untuk melakukan pengiraan. Berdepan dengan prospek pengkomputeran yang menarik pada kelajuan cahaya, pasukan penyelidikan saintifik yang terkenal di dalam dan luar negara telah mencadangkan pelbagai reka bentuk dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bagaimanapun, untuk menggantikan peranti elektronik sedia ada untuk mencapai aplikasi peringkat sistem, mereka masih menghadapi

kesesakan utama

:

一Cara untuk menyepadukan unit pengkomputeran berskala besar (neuron boleh dikawal) pada satu cip dan mengekang tahap pengumpulan ralat yang tinggi

yang tinggi; dan ketaklinearan pada cip yang cekap Yang ketiga adalah serasi dengan arus Dalam masyarakat maklumat di mana isyarat elektronik menjadi tunjang utama, bagaimana untuk menyediakan antara muka yang cekap antara pengkomputeran optik dan pengkomputeran isyarat elektronik. Penggunaan kuasa penukaran analog-ke-digital biasa semasa adalah banyak susunan magnitud yang lebih tinggi daripada setiap operasi pendaraban dan penambahan pengkomputeran optik, yang menutupi kelebihan prestasi pengkomputeran optik itu sendiri, menjadikannya sukar untuk cip optik untuk menunjukkan keunggulannya dalam aplikasi praktikal.

• Kuasa pengkomputeran peringkat sistem dan kecekapan tenaga sepuluh ribu kali ganda lebih tinggi daripada cip sedia ada

Untuk menyelesaikan masalah antarabangsa ini, pasukan gabungan elektrik Universiti Tsinghua mencadangkan secara kreatif rangka kerja pengkomputeran dan cahaya simulasi. Bina rangkaian saraf pembelauan berbilang lapisan berskala besar di bawah cahaya yang boleh dilihat untuk mencapai pengekstrakan ciri visual, dan gunakan arus foto untuk melakukan pengiraan elektronik analog tulen berdasarkan undang-undang Kirchhoff, kedua-duanya disepadukan dalam bingkai cip yang sama sistem pengkomputeran baharu "

pra-penderiaan" + Penderiaan + Penderiaan Dekat
. Ia sangat mengurangkan permintaan untuk ADC berketepatan tinggi, menghapuskan kesesakan fizikal kelajuan, ketepatan dan penggunaan kuasa yang saling menyekat paradigma pemprosesan penglihatan komputer tradisional dalam proses penukaran analog-ke-digital, dan mencapai kejayaan dalam penyepaduan berskala besar, tidak lineariti yang cekap, dan berkelajuan tinggi pada satu cip Terdapat tiga kesesakan utama dalam antara muka optik dan elektrik.

#🎜🎜 ##### 🎜🎜#Rajah 2. Prinsip pengiraan dan seni bina cip cip pengkomputeran fotoelektrik Accel (Sumber: "Nature")#🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜 🎜🎜 🎜🎜 🎜🎜 🎜 #

Di bawah prestasi pengukuran sebenar, kuasa pengkomputeran peringkat sistem cip ACCEL telah mencapai beribu kali ^{cip berprestasi tinggi sedia ada. Pada masa yang sama, kecekapan tenaga peringkat sistem mencapai 74.8 Peta-OPS/W, iaitu} dua ribu hingga jutaan kali berbanding GPU berprestasi tinggi, TPU, pengkomputeran optik dan analog sedia ada. seni bina pengkomputeran elektrik.

ACCEL berjalan pada penggunaan kuasa ultra-rendah akan membantu dengan ketara meningkatkan masalah pemanasan , untuk cip Reka bentuk masa hadapan akan membawa penemuan menyeluruh dan menyediakan asas kuasa pengkomputeran untuk pemerhatian fizikal berkelajuan ultra tinggi. Pada masa yang sama, ia membawa manfaat yang ketara kepada senario dengan keperluan ketahanan tinggi seperti sistem tanpa pemandu dan pemanduan autonomi. #🎜🎜 ##### 🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜🎜Jadual 1. Accel dan sistem cip berprestasi tinggi -penunjuk prestasi pengukuran tahap sedia ada (Sumber: Alam Semulajadi 〜 🎜#

Pengiraan langsung cahaya tidak koheren#🎜🎜🎜##🎜🎜🎜##🎜🎜🎜

Selain itu, cip ACCEL juga menyokong pengiraan langsung adegan penglihatan cahaya yang tidak koheren, seperti eksperimen pemandangan lalu lintas yang ditunjukkan dalam kertas. Ia telah meluaskan bidang aplikasi ACCEL dengan ketara dan dijangka akan menumbangkan idea semasa mengambil gambar dan menyimpannya dalam ingatan sebelum melakukan pengiraan dalam bidang seperti pemanduan autonomi, penglihatan robot, dan peranti mudah alih Had lebar jalur ADC dan melengkapkan pengiraan semasa proses penderiaan. #🎜🎜 ##### 🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜🎜 ## 🎜🎜 #Rajah 3. Accel boleh digunakan untuk peralatan elektronik penggunaan kuasa ultra rendah muka gerakan bangun (Sumber: Universiti Universiti Tsinghua)

Buka laluan baharu: seni bina yang mengganggu # dijangka benar-benar dilaksanakan 🎜🎜##🎜 🎜#

Seni bina pengkomputeran baharu yang dicadangkan oleh pasukan Tsinghua bukan sahaja mempunyai kepentingan yang besar untuk aplikasi dan penggunaan teknologi pengkomputeran optik, tetapi juga untuk penyepaduan masa depan teknologi pengkomputeran berprestasi tinggi yang lain dengan sistem maklumat elektronik semasa, juga sangat memberi inspirasi.

Salah seorang pengarang kertas yang sepadan, Ahli Akademik Dai Qionghai dari Universiti Tsinghua, berkata, “Ia adalah gunung yang besar untuk membangunkan sistem pengkomputeran menggunakan prinsip baharu, dan pengkomputeran generasi baharu Menerapkan seni bina ke dalam kehidupan sebenar dan menyelesaikan keperluan utama ekonomi negara dan mata pencarian rakyat adalah tugas yang lebih penting selepas mendaki kemuncak kajian khas penyelidikan yang diterbitkan oleh Taklimat juga menegaskan, "

Mungkin kemunculan karya ini akan membolehkan seni bina pengkomputeran generasi baharu memasuki kehidupan seharian lebih awal daripada yang dijangkakan

(ACCEL mungkin membolehkan seni bina ini memainkan peranan dalam kehidupan seharian kita dengan lebih cepat. daripada yang dijangkakan.)”.

Ahli akademik Dai Qionghai, Profesor Madya Fang Lu, Penyelidik Bersekutu Qiao Fei, dan Penolong Profesor Wu Jiamin dari Universiti Tsinghua ialah pengarang yang sepadan dengan ini. artikel; pelajar kedoktoran Chen Yitong dan pelajar kedoktoran Mai Dr. Maiti Nazarmat dan Dr. Xu Han adalah pengarang bersama Dr. Meng Yao, Penolong Penyelidik Zhou Tiankuang, pelajar kedoktoran Li Guangpu, Penyelidik Fan Jingtao, dan Penyelidik Bersekutu Wei Qi bersama-sama mengambil bahagian; dalam kajian ini.

Atas ialah kandungan terperinci Kejayaan baharu dalam pengkomputeran Tsinghua Optoelektronik: prestasi cip meningkat sebanyak 10,000 kali ganda, penyelidikan mencapai Nature teratas. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!