指數(shù)級增長的AI計算量，給光子計算帶來了新的機遇

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）在生成式AI爆發(fā)和計算量指數(shù)增長的當(dāng)下，不少傳統(tǒng)的AI加速器以及網(wǎng)絡(luò)芯片公司都因此受益，紛紛在已有的架構(gòu)上針對AI或HPC進行優(yōu)化。但與此同時，也有不少企業(yè)將希望寄托于創(chuàng)新的硅光計算架構(gòu)上，指望光子能帶來全新的計算與互聯(lián)方案。

Lightmatter

2021年，Lightmatter推出了Envise這一通用光子AI加速器方案，可以完成各種先進AI模型（GPT-3、Megatron）以及主要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BERT-Large、DLRM、ResNet-50）的高性能推理。與之一同推出的還有Lightmatter針對AI應(yīng)用專門打造的軟件棧，Idiom，用于在Envise上編譯和執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并提供查錯、分析和優(yōu)化的工具。

最有野心的自然還是一同公布的晶圓級光子互聯(lián)方案，Passage。該方案基于硅光和共封裝光學(xué)（CPO）方案，將Chiplet處理器互聯(lián)在一起。就像是我們在英偉達HGX A100上看到的PCB/電路方案一樣，只不過這次NVSwitch這樣的互聯(lián)方案換成了光子通路，芯片與芯片之間的互聯(lián)帶寬最高可達100Tbps。根據(jù)Lightmatter提供的示意圖，他們直接跳過了2.5D CPO和3D CPO的方案，轉(zhuǎn)為集成激光器件的3D CPO方案。

為了應(yīng)對這股AI潮，并成功在未來將更多光子產(chǎn)品交付給客戶，比如大型云服務(wù)廠商、半導(dǎo)體公司等，Lightmatter在今年5月底開啟了C輪融資，最終成功從SIP Global、谷歌、HPE等企業(yè)獲得了1.54億美元的融資，為公司迄今以來最大的一筆融資。為了進一步提高其設(shè)計實力，Lightmatter還在去年招募了谷歌Tensor項目主導(dǎo)人以及英特爾數(shù)據(jù)中心封裝的主導(dǎo)人。

曦智科技

曦智科技作為光子計算的領(lǐng)頭廠商之一，于2021年底發(fā)布了其第二代光子計算處理器PACE。PACE采用了64x64的光學(xué)矩陣乘法器作為核心，整個處理器由一塊集成硅光芯片和一塊CMOS微電子芯片3D封裝堆疊而成。該結(jié)構(gòu)下的PACE單個光子芯片中集成了10000多個光子器件，加上1GHz的時鐘頻率，據(jù)曦智科技的說法，PACE運行某些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的速度可達彼時高端GPU的數(shù)百倍。

而這僅僅是曦智科技在光子矩陣計算（oMAC）上的應(yīng)用，為了進一步打破內(nèi)存墻，他們需要在互聯(lián)技術(shù)上有所突破。近日，曦智科技發(fā)布了全新的大數(shù)據(jù)互聯(lián)解決方案，Hummingbird。Hummingbird是全球首個光子片上網(wǎng)絡(luò)（oNOC）處理器，專為特定領(lǐng)域的AI負載所設(shè)計。

Hummingbird PCIe板卡 / 曦智科技

在Hummingbird上，曦智科技為64個核心打造了一個低延遲的全通廣播網(wǎng)絡(luò)，加上64個發(fā)射器與512個接收器，Hummingbird提供了一個靈活配置的高密度光學(xué)拓撲結(jié)構(gòu)。此外，Hummingbird采用了光學(xué)IC與電子IC共封裝進PCIe卡的方式，因此可以直接用于標準服務(wù)器中。曦智科技表示他們將在今年第三季度推出Hummingbird PCIe卡和SDK，并在今年的閃存峰會和HotChips上展示Demo和更多情報。

寫在最后

其實追求光子計算的原因并不僅僅只有突破計算或互聯(lián)瓶頸而已，在AI把計算量進一步拔高的當(dāng)下，在維持性能擴張速度的同時控制功耗和碳排放已經(jīng)變得越來越難了。要想解決這個問題，就不得不換一種出路，利用光子計算的結(jié)構(gòu)來抵消晶體管的能耗。

固然光子計算芯片對于大部分半導(dǎo)體公司，還屬于和量子計算一樣夠不著的概念。但現(xiàn)在看來，隨著晶圓廠在硅光工藝上的成熟，EDA廠商逐漸完善的光電設(shè)計工具，光子計算依然是值得深入探索的新興技術(shù)領(lǐng)域。