A mesterséges intelligencia terjedésének egyik legnagyobb gátja az adatmozgatás energiaigénye, nem a számítás. A Cornell Tech kutatói olyan optikai vevőegységet mutattak be, amely fénnyel, közvetlenül írja át a chip memóriáját, méghozzá átalakítók és energiaéhes vezetékek nélkül.
A mai processzorok beépített gyors memóriája, vagyis az SRAM nem elég nagy ahhoz, hogy egy teljes MI-modellt önmagában futtasson. A maradék adatot ezért külső DRAM-ban tárolják, a kettő közötti folyamatos adatmozgatás pedig komoly költség- és hatékonysági problémát jelent, amint a rendszerek mérete nő. Ez az egyik fő szűk keresztmetszet, ahogy Jae-sun Seo, a friss eredményeket nemrég közzétevő Cornell Tech docense fogalmaz.
A Cornell Egyetemen frissen bejelentett kutatásának első eredményei alapján az optikai adatátvitel nagy sávszélességet és kisebb veszteséget ígér a fémvezetékekhez képest, de eddig a fényjelet elektromos jellé alakító analóg áramkörök maguk is annyi energiát emésztettek fel, hogy az előny jórészt elveszett.
A memória maga olvassa a fényt
A kutatók más utat választottak: a rendszerben a DRAM az adó oldalán van, a vevő pedig magába a processzor SRAM-jába épül: az SRAM-cellákat fényérzékeny fotódiódákkal egészítették ki. A becsapódó fény árama közvetlenül billenti át a memória bináris állapotait, ezért nincs szükség köztes analóg-digitális átalakításra.
Az adatot QR-kódszerű, négyzetrácsos fénymintázatban vetítik a chipre.
Mivel az adó és a vevő ritkán áll tökéletesen szemben egymással, a rendszer egy kalibrációs áramkört is tartalmaz, amely a pixelek várható pozíciója alapján igazítja a jelet.
A technológiát a múlt hónapban az IEEE/JSAP VLSI Technology & Circuits szimpóziumon mutatták be. Dennis Sylvester, a Michigani Egyetem elektromérnöki tanszékének vezetője (aki egyébként nem vett részt a kutatásban) szerint ez egy vélhetően számottevő kereskedelmi jelentőségű nagyon fontos kérdés, amire ötletes válasz lehet a csoport megoldása.
Hol tart a technológia?
Érdemes tisztában lenni azzal, hogy a labor prototípusa egyelőre messze van a piacképes terméktől, hiszen a jelenlegi adó egy statikus, mindössze 14×14 bites mintázatot vetít egy fémmaszkon keresztül, ami tisztán elvi bizonyíték, nem pedig valós idejű adatátvitel.
Az alkalmazáshoz olyan adóra van, illetve lesz szükség, amely a fénymintázatot másodpercenként milliószor képes változtatni, gigabit/másodperc sebességű adatátvitelt elérve.
Dennis Sylvester szerint a fényérzékeny memóriacellák jelenleg nagyobbak, mint a hagyományos SRAM-cellák, ami kevesebb memóriát jelent ugyanakkora chipfelületen. Mi több, ez a hátrány akár le is nullázhatja a fényalapú megoldás energiaelőnyét, amíg nem sikerül a cellákat zsugorítani.
A kutatók jelenleg a cellák méretének csökkentésén dolgoznak a tranzisztorok és áramkörök optimalizálásával, valamint a CMOS-gyártási skálázás kihasználásával.
Konkrét, több éves piacra lépési időkeretet a kutatók nem adtak meg, ám ágazati szakértők becslései szerint 5–10 éves időtávon akár a mindennapokba is megérkezhet ez a fontos technológia.
A robotok profitálnak belőle?
A kutatók kifejezetten a robotikai és a mobil (edge) MI-alkalmazásokat célozzák, tehát olyan raktári és gyári robotokról van szó, amelyeknél az MI-modell menet közbeni, gyors és energiatakarékos frissítése időt és energiát takaríthatna meg. A méretkorlátos mikrorobotok is profitálhatnának a technológiából, bár ehhez tovább kell miniatürizálni a rendszert.
A fejlesztők szerint az adatközpontokon kívül működő, úgynevezett edge MI 3–5 éven belül ugyanannyit fog számítani a szakmában, mint ma az adatközpontok,
ahogy az MI több teret nyer a helyi eszközökben.
Mit hoz a jövő?
A chipek közti optikai kommunikáció fejlődése túlmutat a laboratóriumi érdekességen. Az EU és Magyarország számára a mesterséges intelligencia korában az egyik legnagyobb kihívás az energiarendszerek terhelhetősége: az adatközpontok és az ipari automatizáció növekvő energiaigénye már jelenleg is érezhető nyomást gyakorol a hálózatokra.
Egy energiahatékonyabb chiparchitektúra hosszú távon mérsékelve ezt a terhelést versenyképességi tényezővé válhat, vagyis ha az ipari robotok és peremhálózati eszközök kevesebb energiával működtethetők, az csökkentheti az üzemeltetési költségeket és javíthatja a termelékenységet.
Konkrét, százalékban kifejezett megtakarítási becslést a technológiára vonatkozóan egyelőre nem publikáltak, mivel az a jelenlegi prototípusfázisban még nem mérhető.
Hazánk –mint az európai autóipar és elektronikai összeszerelés egyik központja – szempontjából az edge MI térnyerése igencsak releváns, hiszen a gyári automatizált sorok helyben, alacsonyabb energiaigénnyel futtatott MI-modelljei hosszabb távon versenyelőnyt jelenthetnek azoknak az iparági szereplőknek, akik korán alkalmazkodnak az új architektúrákhoz – feltéve, hogy a technológia belátható időn belül eljut a kereskedelmi érettségig.
Kép: Freepik
Kapcsolódó:
