Lightelligence发布新光计算芯片

美国早期专注于光计算硬件开发的Lightelligence公司发布了一款集成光电子平台，据报道，该平台能够以比传统高端电子处理器快数百倍的速度解决特定类型的计算问题。这个平台被称为PACE(光子算法计算引擎)，它通过寻找光学和电子元件的最佳组合来实现其性能优势。该系统的核心是一个光子集成电路(PIC)，它能快速高效地执行重复的、处理密集的矩阵乘法，这是许多人工智能计算问题的关键瓶颈。PIC被紧密地封装在一个小的3D堆栈中，并带有一个电子集成电路(EIC)来处理其他耗电较少的任务。 该公司认为，PACE清楚地展示了在某些与人工智能相关的问题中光学计算相对于传统计算模式的优势。Lightintelligence计划在明年的某个时候，在PACE平台上与金融和云计算领域的一些合作伙伴开发一款试点AI加速器产品。

2017年，麻省理工学院的一个团队在《Nature Photonics》杂志上发表了一篇关于相干纳米光子电路的论文，引发了广泛讨论。随后2018年就开始了创立了Lightelligence。不久之后，该公司从麻省理工学院剥离出来，将这项技术商业化。据该公司的负责人说，自成立以来，Lightelligence已经从15名员工发展到150多名员工，并筹集了超过1亿美元的资金。Lightelligence完全专注于加速人工智能计算的市场，特别是在云数据中心等环境下，但也为银行和智能零售等行业提供服务。公司负责人表示，从2012年到2013年，对人工智能计算的需求每3.4个月就翻一番。所以它的增长速度基本上比电子产品的改进速度快得多。 该公司希望通过开发特定应用集成电路(ASIC)来满足这一需求，ASIC利用基于光计算在功耗、效率和延迟方面的独特优势，被用于人工智能和深度学习算法核心的计算密集型矩阵乘法。

2019年，该公司展示了其首个原型机、完全集成的光电人工智能加速器Comet，并使用MNIST(专注于识别手写字符的基准机器学习模型)展示了该芯片。 据Lightintelligence联合创始人称，自Comet推出以来，PACE两年内的开发在各种指标上已经超越了早期的系统，Comet中大约有100个设备。在PACE中，研究人员们成功地整合了超过12,000台设备，另外PACE还将芯片的速度提升到千兆赫，而Comet芯片的时钟速度仅为100千赫兹。

为了展示PACE的能力，Lighintelligence选择了一个人工智能和深度学习领域之外的用例：一类所谓NP完全问题的解决方案。这些属于“困难”计算问题，因为它们不知道可以通过在多项式时间内运行的算法来解决(问题大小的多项式函数)。然而，它们在生物信息学、调度、电路设计和材料设计方面有各种潜在的应用。

在其最近的PACE系统演示中，Lighintelligence利用了一种算法，该算法于2019年由麻省理工学院的一组研究人员发布，其中包括公司的联合创始人，该算法解决了一类被称为伊辛问题的NP完全问题。该方法是基于一个紧密的环路，将光学域的重复矩阵乘法与一个计算上更简单的非线性光电步骤相结合，该步骤的结果反馈到光学矩阵乘法器中，以进行下一轮计算。 该团队发现这种算法并不令人惊讶，因为它与PACE系统的架构非常接近，在PACE平台上的运行速度要比在NVIDIA RTX 3080 GPU等最先进的处理单元上快数百倍。据该公司称，在处理同类问题时，它的运行速度比竞争对手的算法快25倍左右。而且，由于可以轻松处理繁重的重复矩阵乘法，它比现有的电子方法节省了大量的能源。

据他们的联合创始人兼总裁表示，继PACE的成功演示之后，Lightintelligence计划在明年发布一款封装在PCIe板上的AI加速器试点产品。这款产品将运行一般的人工智能工作流程，并达到商业级别的性能。他们当前的目标不是批量生产，而是与一些特定的合作伙伴进行有限的生产。这种经验将在2023年用于未来的人工智能加速器产品的推广。

图：PACE芯片