第1期 2021/01/15
IBM推出光子張量核 速度是最先進(jìn)人工智能處理器兩倍多
IBM的研究人員為了滿足算法對(duì)處理能力看似無休止的需求推出了一種新的方法，這可能意味著深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的大變化：執(zhí)行計(jì)算的處理器用的完全是光而不是電。
IBM的研究人員根據(jù)光粒子的特性創(chuàng)造了一個(gè)光子張量核，該光子張量核能夠以前所未有的速度處理數(shù)據(jù)，可用于超低延遲的人工智能應(yīng)用。雖然該光子張量核設(shè)備只進(jìn)行了小規(guī)模的測(cè)試，但有關(guān)報(bào)告指，該處理器經(jīng)開發(fā)后，可以實(shí)現(xiàn)每秒每平方毫米一千萬億次的乘累加（MAC）操作；據(jù)IBM的科學(xué)家說，這樣的速度是靠電信號(hào)的 "最先進(jìn)人工智能處理器 "的兩倍多。
IBM多年來一直在研究新型的處理單元方法。部分研究集中在開發(fā)內(nèi)存計(jì)算技術(shù)上，內(nèi)存計(jì)算指內(nèi)存和處理以某種形式共存。這樣做可以避免在處理器和各個(gè)隨機(jī)存取內(nèi)存單元之間傳輸數(shù)據(jù)，可以節(jié)省能源及減少延遲。
IBM的研究人員去年曾宣布成功開發(fā)了一種全光學(xué)的內(nèi)存處理方法：他們將內(nèi)存計(jì)算集成在一個(gè)光芯片上，利用光執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。該團(tuán)隊(duì)還做了部分實(shí)驗(yàn)證明利用該技術(shù)可以有效地進(jìn)行基本的標(biāo)量乘法。
IBM研究院的工作人員Abu Sebastian在一篇新的博客文章中稱目前使用基于光的內(nèi)存處理器達(dá)到了一個(gè)新的里程碑。該團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)光子張量核，該處理核可以執(zhí)行復(fù)雜的矩陣數(shù)學(xué)運(yùn)算，特別適合深度學(xué)習(xí)應(yīng)用。光子張量核的實(shí)現(xiàn)將基于光的內(nèi)存處理技術(shù)推進(jìn)到了新的階段。基于光的張量核可用于執(zhí)行名為卷積的運(yùn)算，卷積運(yùn)算對(duì)于處理圖像等視覺數(shù)據(jù)非常有用。
IBM研究院的研究人員Abu Sebastian告訴記者，“我們?cè)?019年的實(shí)驗(yàn)主要是為了展示該技術(shù)的潛力。標(biāo)量乘法離任何現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用都是那么遙遠(yuǎn)。而現(xiàn)在我們實(shí)現(xiàn)了整個(gè)卷積處理器，該卷積處理器大可用做深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分。這樣的卷積將是光學(xué)處理的殺手級(jí)應(yīng)用。從這個(gè)意義上說，這已經(jīng)是相當(dāng)大的一步了。”
基于光的設(shè)備相比于基于電的設(shè)備最顯著的優(yōu)勢(shì)是速度大大加快。IBM開發(fā)的技術(shù)利用光學(xué)物理學(xué)原理可以在單核里并行運(yùn)行復(fù)雜的運(yùn)算，每次的計(jì)算使用光學(xué)波長(zhǎng)不同。IBM的科學(xué)家們?cè)俳Y(jié)合內(nèi)存計(jì)算實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)非電子電路可以比擬的超低延遲。因此，對(duì)于一些需要極低延遲的應(yīng)用而言，光子處理的速度可能將帶來極大的變化。
Sebastian提到自動(dòng)駕駛汽車的例子，這地方檢測(cè)速度可能關(guān)乎拯救生命。他表示，"假如你在高速公路上以每小時(shí)100英里的速度行駛，而且需要在一定距離內(nèi)檢測(cè)一些東西，在某些情況下，你靠現(xiàn)存的技術(shù)做不到。但用了基于光子的系統(tǒng)，那種響應(yīng)速度比電子方法好了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。"
IBM開發(fā)的基于光子的處理器具有同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)操作的能力，所需的計(jì)算密度也就要低得多。據(jù)Sebastian說，這可能是另一個(gè)關(guān)鍵的差異化因素：這位科學(xué)家說，在未來的某個(gè)時(shí)候，那種靠汽車后備箱一排排傳統(tǒng)GPU支持的超級(jí)復(fù)雜的人工智能系統(tǒng)是肯定不能滿足需要的。大多數(shù)大型車企現(xiàn)在都在開設(shè)自己的人工智能研究中心，Sebastian認(rèn)為，自動(dòng)駕駛車輛是基于光的處理器的重要應(yīng)用。他表示，"自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的確需要低延遲推理，而目前還沒有任何技術(shù)可以滿足這個(gè)需求。這是一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)。"
IBM團(tuán)隊(duì)雖然已成功設(shè)計(jì)及測(cè)試了一個(gè)強(qiáng)大的核，但他們?nèi)孕钄U(kuò)充試驗(yàn)，以確保該項(xiàng)技術(shù)可以整合到系統(tǒng)層面上及確保端到端的性能。Sebastian表示，“我們還需要在這一塊做更多的工作。”據(jù)這位科學(xué)家介紹，相關(guān)的工作已經(jīng)展開，而且，隨著研究的深入，可能出現(xiàn)更多的應(yīng)用。計(jì)算領(lǐng)域的光換電無疑是一個(gè)值得關(guān)注的點(diǎn)。
本文章選自《數(shù)字化轉(zhuǎn)型方略》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請(qǐng)掃描下方二維碼
