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

Винахід пропонують використовувати для завдань машинного зору, яким користуються ШІ, роботи і системи автономного водіння.

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 чіп не використовує АЦП, а безпосередньо направляє закодовані світлові хвилі на аналоговий обчислювальний чіп для перетворення зображення, що значно скорочує затримку. Це дуже важливо для вирішення завдань машинного зору, наприклад, автопілотів, медичної діагностики та автономних роботів. При цьому 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 ж 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 близько 0,26 мс/кадр і 18,5 мДж/кадр відповідно. Якщо оцінювати тільки швидкість обчислень, то ACCEL виявився приблизно 3600 разів швидшим за A100.

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

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