У 3600 разів швидший за GPU: вчені з Китаю створили суперефективний чип ACCEL

Дослідники з китайського університету Сіньхуа розробили повністю аналоговий фотоелектронний чип ACCEL, який може стати революційним для технологій штучного інтелекту і машинного зору. Вони описали своє досягнення в статті, опублікованій у журналі Nature.

Фотонні обчислення, де світло використовується для опрацювання інформації, дають змогу швидше та енергоефективніше опрацьовувати візуальні дані, проте їхнє практичне застосування ускладнюється складністю та надмірним споживанням енергії аналого-цифровими перетворювачами (АЦП). Команда китайських учених вирішила об'єднати електронні та оптичні технології в одному аналоговому чипі ACCEL (All-analog Chip Combining Electronics and Light).

Новий чип не використовує АЦП, а безпосередньо направляє закодовані світлові хвилі на аналоговий обчислювальний чип для перетворення зображення, що значно скорочує затримку. Це дуже важливо для вирішення завдань машинного зору, наприклад, автопілотів, медичної діагностики та автономних роботів. Водночас пристрій використовує електронні компоненти для маніпулювання безперервними фізичними величинами.

Він має системну енергоефективність 74,8 пета-операцій на секунду на ват і швидкість обчислень 4,6 пета-операцій на секунду (понад 99% виконуються), а це більш ніж утричі вище, ніж у сучасних високопродуктивних графічних процесорів. Завдяки злиттю оптоелектронних обчислень і адаптивного навчання ACCEL дуже добре розрізняє різні об'єкти на зображеннях — точність становила 85,5% для завдань Fashion-MNIST, 82% для 3-класової класифікації ImageNet і 92,6% для завдань розпізнавання покадрового відео.

Творці порівняли роботу ACCEL і різних нейромереж, реалізованих на сучасному графічному процесорі NVIDIA A100 для того самого завдання. Під час послідовного опрацювання зображень із тією самою тестовою точністю ACCEL експериментально досяг обчислювальної затримки 72 нс/кадр і енергоспоживання 4,38 нДж/кадр, що набагато менше, ніж у NVIDIA A100, чиї затримка й енергоспоживання становлять приблизно 0,26 мс/кадр і 18,5 мДж/кадр відповідно. Якщо оцінювати тільки швидкість обчислень, то ACCEL виявився приблизно в 3600 разів швидшим за A100.

"Незалежно від способу розрахунку числа операцій, повністю аналоговий ACCEL експериментально значно знижує системну затримку та енергоспоживання, як порівняти з цифровими нейронними мережами на сучасному графічному процесорі (NVIDIA A100), досягнувши тієї самої точності на практиці", — зазначили вчені.

За словами розробників, чип показав високу надійність навіть за слабкого освітлення, що робить його придатним для застосування в промисловості, мобільних пристроях, системах автономного водіння. Низьке споживання енергії зменшує виділення тепла, що в майбутньому дасть змогу зробити елемент ще меншим.

"Розробка обчислювальної системи, заснованої на абсолютно новому принципі, є важливим завданням. Однак ще важливіше успішно втілити цю обчислювальну архітектуру наступного покоління в реальних додатках, що відповідають найважливішим потребам суспільства", — зазначили автори дослідження.

Раніше писали, що Китай таємно створив передовий чип пам'яті для розвитку ШІ. Дослідники виявили його в накопичувачі SSD, який компанія YMTC випустила зовсім недавно без широкого розголосу.