7/30/2019,“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”和“人工智能”可謂是最炙手可熱的科技辭藻，它們應(yīng)用廣泛，例如在數(shù)據(jù)中心支持搜索、推薦和視頻處理等任務(wù)，在無人駕駛汽車?yán)飺?dān)任視覺系統(tǒng)等。未來將會(huì)是一個(gè)萬物互聯(lián)的智能時(shí)代，人工智能的深入應(yīng)用將為人類帶來更多意想不到的體驗(yàn)。
基于硅基光電的AI芯片：光電協(xié)同加速算法處理

    人工智能高速發(fā)展的基礎(chǔ)是算法、數(shù)據(jù)和硬件算力。而在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下大數(shù)據(jù)高速增長，現(xiàn)有計(jì)算能力無法匹配，極大地限制了人工智能的發(fā)展和應(yīng)用。不管是高通還是英偉達(dá)，在AI算法加速方面，傳統(tǒng)的純電芯片構(gòu)架方案都顯得力不從心，能耗壓力更為顯著。

   近日，光纖在線編輯采訪了一家專業(yè)從事光電融合AI計(jì)算硬件研發(fā)的公司——光子算數(shù)，就很好地解決了這一問題。他們將硅光技術(shù)引入AI計(jì)算，做到光電協(xié)同、軟硬協(xié)同，相對(duì)于傳統(tǒng)的純電AI芯片方案顯著節(jié)約了功耗，有效降低數(shù)據(jù)中心與企業(yè)機(jī)房的運(yùn)維電費(fèi)，并有效提升數(shù)據(jù)中心的計(jì)算能力。

圖1 硅基光電子協(xié)處理加速芯片陣列
    光子算數(shù)創(chuàng)始人白冰指出，目前來說硅基光電子芯片在AI計(jì)算領(lǐng)域的定位是協(xié)處理加速芯片，加速的對(duì)象是AI任務(wù)中的矩陣運(yùn)算，因此應(yīng)稱為光子協(xié)處理加速芯片。計(jì)算板卡上搭載兩類芯片，一類是電子芯片（FPGA或是ASIC）,另一類是光子協(xié)處理加速芯片，兩者形成板卡級(jí)的異構(gòu)協(xié)同計(jì)算，其中電子芯片完成控制和非線性計(jì)算的部分，光子芯片協(xié)處理加速芯片完成矩陣計(jì)算的部分。因此，光子芯片與現(xiàn)有電芯片的關(guān)系并非是替代，而是為現(xiàn)有各類電芯片提供板卡級(jí)的協(xié)處理加速方案。
    在商用化產(chǎn)品進(jìn)展方面，光子算數(shù)在明年2月份會(huì)交付第一批定制化功能的AI計(jì)算板卡商用訂單，面向的市場是電信運(yùn)營商的數(shù)據(jù)中心和一些大型企業(yè)的自有機(jī)房，是全球首個(gè)推出商用光電融合AI計(jì)算服務(wù)器板卡的公司。

從傳輸走向計(jì)算 硅基光電子大有作為

    自從英特爾公司開發(fā)出世界上首個(gè)集成了激光器的硅基光電數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)系統(tǒng)后，光束開始替代電子在計(jì)算機(jī)內(nèi)部及周邊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，光電兩種截然不同的物理現(xiàn)象終于成功地被結(jié)合在一起。而如今，硅作為光學(xué)通信傳輸方面的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及，由于光的快速反應(yīng)和并行特性，能瞬間傳輸大量數(shù)據(jù)，因此被普遍應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上。

   然而，真正把“光子”帶往計(jì)算領(lǐng)域，甚至形成“光電融合計(jì)算”的概念，卻是近兩年才逐漸被發(fā)掘出來。由于基于GPU、FPGA等的純電芯片面臨的物理特性限制，業(yè)界開始探索新的計(jì)算技術(shù)。
    白冰解釋說，在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中，人們往往需要重點(diǎn)考慮功耗的問題，基于這樣的考慮，采用光學(xué)計(jì)算芯片來為數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器提供低功耗的算力，相較于傳統(tǒng)的GPU方案，目前階段的技術(shù)可以將功耗控制到幾分之一。服務(wù)器搭載的板卡采用光電異構(gòu)的計(jì)算架構(gòu)，用光子芯片來完成AI推理計(jì)算的主體部分（低精度的矩陣運(yùn)算），為電芯片（FPGA等）來提供協(xié)處理加速，從而完成整體的光電融合計(jì)算。


圖2 光電融合智能計(jì)算板卡

圖3 光電異構(gòu)的智能計(jì)算架構(gòu)

光電融合AI計(jì)算芯片商用落地先行者

    白冰介紹到，光電融合AI計(jì)算目前初步具備一些場景的商用能力，但是從整體技術(shù)發(fā)展上看還處于剛剛起步的階段，從關(guān)鍵器件、架構(gòu)設(shè)計(jì)、光電混合封裝到底層驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用配套算法，很多技術(shù)部分都可以優(yōu)化升級(jí)，甚至是重新設(shè)計(jì)。
    光子算數(shù)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)涉及多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的融合，主要包括硅光芯片、模擬電子芯片、數(shù)字電子芯片、光電混合封裝和底層驅(qū)動(dòng)等，由來自國內(nèi)知名高校的學(xué)術(shù)人員和工業(yè)界的資深技術(shù)專家組成，目前規(guī)模30人。這樣的技術(shù)團(tuán)隊(duì)配置也反映了光電融合AI計(jì)算的特點(diǎn)與難點(diǎn)，多領(lǐng)域技術(shù)的高度協(xié)同——光學(xué)芯片與電學(xué)芯片匹配，光電硬件系統(tǒng)整體與AI場景算法匹配。光子算數(shù)同時(shí)還與國內(nèi)主要的高校和研究所基本都有合作，共同承擔(dān)一些該領(lǐng)域內(nèi)重要國家科研攻關(guān)項(xiàng)目，這也是光子算數(shù)技術(shù)進(jìn)展迅速的重要支撐。
    實(shí)際上，采用光電融合AI計(jì)算的開發(fā)者光子算數(shù)并不是全球首家，在國內(nèi)很多優(yōu)秀的高�？蒲袌F(tuán)隊(duì)也的相應(yīng)的突破性進(jìn)展和非常好的技術(shù)路線，但光子算數(shù)期望能夠成為其商業(yè)化落地應(yīng)用的先行者。如今光子算數(shù)的團(tuán)隊(duì)正在努力優(yōu)化其芯片性能，相信在不久的將來隨著第一批光電融合AI計(jì)算芯片的商用化，將帶來人工智能計(jì)算硬件的新局面。

    在即將于2019年8月2日由光纖在線主辦的“2019國際光連接峰會(huì)暨新一代光器件應(yīng)用論壇”上，光子算數(shù)的創(chuàng)始人白冰博士將出席本次論壇，并詳解基于硅基光電子的計(jì)算芯片對(duì)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)與算法的影響。論以光纖連接器為立足點(diǎn)，2019加入光器件元素（包含光無源器件及光有源器件），以“光連接”為主題面向所有光器件領(lǐng)域；規(guī)模將從去年的350人擴(kuò)大到500人，演講場次擴(kuò)充至25場，打造全球光纖通信產(chǎn)業(yè)鏈的對(duì)話、交流、合作的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)共贏，打造光器件產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)的發(fā)展。