Свет против санкций: опытный китайский оптический чип Meteor-1 вдвое опередил GeForce RTX 4090 в задачах ИИ

США запретили продавать в Китай новейшие ускорители Nvidia и другие, на что учёные из Поднебесной нашли ассиметричный ответ — создали мощнейший оптический процессор с впечатляющим набором характеристик. Изюминкой чипа Meteor-1 для оптических вычислений стал высочайший параллелизм, достигнутый относительно простыми средствами. Этого свойства не хватало вычислительной оптике, которая ранее доказала свою эффективность и поддержку высоких частот.

Источник изображений: SIOM

«Оптические вычисления ... могут удовлетворить постоянно растущие вычислительные потребности искусственного интеллекта и создать волну новых приложений», — сообщают учёные в статье, где рассказывается о проекте.

Согласно отчёту китайского издания DeepTech, опубликованному на прошлой неделе, чип достигает теоретической пиковой вычислительной мощности в 2560 TOPS (триллионов операций в секунду) при оптической частоте 50 ГГц — это уровень производительности, сравнимый с передовыми графическими процессорами Nvidia. В частности, новейшая видеокарта Nvidia GeForce RTX 5090 достигла максимума в 3352 TOPS, в то время как её предыдущий флагман — RTX 4090 — достиг производительности только на уровне 1321 TOPS. Чип Meteor-1 стал первым, кто бросил вызов коммерческим новинкам.

Поскольку традиционные электронные процессоры сталкиваются с фундаментальными физическими ограничениями, связанными с выделением тепла, квантовыми эффектами и непомерным энергопотреблением, оптические вычисления становятся важнейшим направлением для развития в будущем. Присущие им преимущества, такие как сверхвысокая скорость, широкая полоса пропускания, низкое энергопотребление и минимальная задержка, позволяют им преодолевать эти барьеры.

Прогресс в области оптических вычислений уже давно сосредоточен на решении двух ключевых задач: увеличении размера матрицы из переключателей, модуляторов и других компонентов, а также увеличении оптической частоты. Существующие прототипы, примером которых являются чипы TSMC и Калифорнийского технологического института, преодолевают как технические, так и физические ограничения. Это подводит к следующему барьеру, за которым следует наращивание параллелизма в вычислениях.

В опубликованной 17 июня статье в журнале eLight, Се Пэн (Xie Peng) и Хан Силинь (Han Xilin) из Шанхайского института оптики и точной механики (SIOM), а также Ху Гуанвэй (Hu Guangwei) из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре подробно описали новую оптическую вычислительную систему, которая может поддерживать более 100 частотных каналов в одном фотонном чипе.

«Это достижение позволяет в 100 раз увеличить (и даже больше) производительность оптических вычислений за счёт сверхвысокого параллелизма без увеличения размера чипа, предлагая новый технологический путь для будущих оптических компьютеров», — говорится в документе.

Интегрированная система Meteor-1 имеет полностью разработанную собственными силами архитектуру, включающую блок источника света, оптического взаимодействия, оптических вычислений и плату драйвера матрицы модуляции.

В микросхеме источника света используется встроенная оптическая частотная гребенка с микрополостным резонатором, выходной спектр которой превышает 80 нм и поддерживает более 200 длин волн. Этот многоволновой источник на основе одной микросхемы заменяет сотни отдельных лазеров, что значительно уменьшает размеры системы, а также снижает энергопотребление и стоимость при одновременном повышении степени интеграции.

Основной оптический вычислительный чип может похвастаться высокой пропускной способностью и параллельной обработкой сигнала с низкой задержкой. В дополнение к этому, специально разработанная плата драйвера имеет более 256 каналов для точного управления оптическим сигналом и эффективной обработки.

В процессе экспериментов Meteor-1 установил мировой рекорд по одновременному выполнению более 100 задач. Работая на частоте 50 ГГц, один чип обеспечил теоретическую максимальную вычислительную мощность более 2560 TOPS.

«С нашей схемой параллельных оптических вычислений ключевые показатели, такие как эффективность вычислений, энергопотребление и задержка, потенциально могут превзойти традиционные электронные вычисления, — заявили учёные. — Мы твёрдо верим, что оптические вычисления, которые благодаря нашему подходу могут решить проблему масштабируемости, могут удовлетворить постоянно растущие вычислительные потребности искусственного интеллекта и породить волну новых приложений».