Chip quang học tính toán nhanh hơn GTX 3080 tới hàng trăm lần trong một số trường hợp tính toán cụ thể

Thiết bị quang điện giải quyết thành công vấn đề đã làm đau đầu các nhà Toán học suốt nửa thế kỷ.

Startup điện toán quang học Lightelligence vừa phô diễn sức mạnh tính toán của thiết bị chip xử lý mới. Nó có thể giải bài toán Ising (là mô hình toán học của sắt từ trong cơ học xác suất, là mô hình phù hợp bậc nhất trong thấu hiểu quá trình chuyển hóa giữa các dạng) nhanh gấp 100 lần tốc độ giải của một hệ thống có sức xử lý dựa vào GPU.

Theo lời nhóm các nhà phát triển, chip “nhanh hơn hàng trăm lần những thiết bị tính toán thông thường khác, đơn cử như NVIDIA RTX 3080”.

Được gọi là PACE (viết tắt của Photonic Arithmetic Computing Engine - Động cơ Điện toán Số học Quang điện), thiết bị điện toán quang học chứa 12.000 thiết bị quang tử chạy ở 1 Ghz. So với cỗ máy thử nghiệm COMET sở hữu 100 thiết bị quang tử được Lightelligence ra mắt hồi 2019, cỗ máy mới nhanh hơn hơn khoảng 1 triệu lần.

Nói với EETimes, Yichen Shen, CEO của Lightelligence nhấn mạnh: "Điểm trọng tâm của động cơ điện toán quang học của chúng tôi là nó hoàn thiện được phép nhân ma trận trong khoảng thời gian ngắn hơn hẳn [một GPU]". Theo lời khẳng định của công ty, một GPU có thể sử dụng tới hàng trăm phép toán để hoàn thiện một phép nhân ma trận 64x64, trong khi đó PACE có thể làm điều đó trong chỉ 10 hoặc 5 nano giây.

Nhờ tín hiệu truyền đi ở tốc độ gần với ánh sáng, độ trễ - hay khoảng thời gian chờ máy thực hiện thành công một câu lệnh - của PACE rất thấp. Để có thể thành công, Lightelligence đã phải tập trung vào cả khả năng của công nghệ quang học lẫn sức mạnh của các bóng bán dẫn truyền thống, bên cạnh đó là các phần mềm có khả năng liên kết hai yếu tố vừa nêu.

Vì lẽ đó, Lightelligence tự xưng là công ty phát triển cả phần cứng và phần mềm. Họ thiết kế các thuật toán để giải quyết những vấn đề điện toán cơ bản nhất, nhưng trong môi trường quang điện.

“Một trong những lợi thế độc đáo nhất của Lightelligence so với các công ty phát triển điện toán quang học khác là khả năng cùng lúc thiết kế cho nhiều khía cạnh”, kỹ sư Erwan Di Vita công tác tại Lightelligence nhận định. “Các kỹ sư quang điện của chúng tôi cộng tác cùng các [chuyên gia từ nhiều mảng khác] để thiết kế chip, rồi đội hậu-silicon của chúng tôi sẽ sản xuất và dựng chúng thành hệ thống 3D”.

Như nhận định của Yichen Shen, giáo sư và cũng là nhà sáng lập, CEO của Lightelligence nhận định: “Những vấn đề này thuộc hạng mục những vấn đề toán học hóc búa, được biết tới với cái tên NP-complete, đã làm đau đầu các nhà toán học suốt 50 năm qua”.

CEO Shen tiếp: “Thuật toán xử lý bài toán NP-complete quan trọng bởi lẽ chúng [...] có hàng trăm ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực bao gồm mật mã, tối ưu hóa lưới điện hay phân tích hình ảnh tiên tiến. Những tiến bộ chúng tôi có được với bài toán tối ưu hóa kết hợp NP-problem cho thấy tiềm năng biến đổi ngành điện toán của công nghệ này”.

Điện toán quang học dựa trên đồ quang điện silicon có thể tăng tốc độ xử lý cũng như hiệu năng máy tính lên nhiều lần. Tuy nhiên, ta cần phân biệt rõ khả năng của hai thứ thiết bị chạy trên hay cơ chế khác nhau. Thiết bị quang điện lý tưởng để ứng dụng vào hoạt động điện toán tuyến tính như nhân ma trận, trong khi đó thiết bị điện tử kỹ thuật số thường thấy sẽ được dùng trong các hoạt động phi tuyến tính, bên cạnh đó là kiểm soát và lưu trữ.

Khó khăn vẫn chồng chất trước mặt Lightelligence. Theo nhận định của ông Maurice Steinman, phó chủ tịch mảng kỹ thuật của công ty, kết quả tốt sẽ cần tới “một lượng công sức lớn đổ vào thiết kế mạch, giả lập, thử nghiệm nhiều lần các con chip”. Bên cạnh đó, còn những khó khăn trong kết hợp hai loại công nghệ vào một thiết bị duy nhất.

“Một thứ hoạt động nhờ ánh sáng, nên chúng tôi cần đưa nguồn sáng vào đó. Thiết bị kia lại cần dòng điện để vận hành … lại phải tính tới chuyện tản nhiệt nữa. Có rất nhiều trở ngại cần giải quyết một cách có trình tự để tất cả chúng kết hợp được với nhau”, ông Steinman kết luận.

Lightelligence đã tung ra sản phẩm thương mại đầu tiên, một hệ thống AI tăng tốc hệ thống chạy dựa trên công nghệ làm nên thiết bị PACE. Dự kiến, startup sẽ chuyển đi những sản phẩm hoàn thiện đầu tiên vào năm 2022. Tính tới thời điểm hiện tại, Lightelligence đã gọi được 100 triệu USD tiền vốn, sở hữu 150 nhân viên tới từ nhiều nơi trên thế giới.