Neue, durch Licht und Magnete gesteuerte Speicherchips machen KI-Computer weniger stromhungrig

US-Forscher entwickeln einen neuen Typ von Speicherchip, der sowohl Informationen speichern als auch Berechnungen mit hoher Geschwindigkeit und Effizienz durchführen kann.

Chip bộ nhớ mới được điều khiển bằng ánh sáng và nam châm giúp máy tính AI ít ngốn điện hơn

Forscher sagen, magnetooptische Speicherchips könnten dazu beitragen, den Stromverbrauch zu senken und so Energie für KI freizusetzen. (Quelle: Live Science)

Dies ist ein neuer Typ eines ultraschnellen Speicherchips (oder einer Speicherzelle), der sowohl optische Signale als auch Magnete verwendet, um Daten effizient zu verarbeiten und zu speichern.

Die Zellen ermöglichen Hochgeschwindigkeitsberechnungen, so das Team im Fachmagazin Nature Photonics. Die höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und der geringere Energieverbrauch würden dazu beitragen, Rechenzentren für Systeme der künstlichen Intelligenz (KI) einfacher zu skalieren.

„Rechenzentren mit Tausenden von Grafikprozessoren (GPUs) benötigen viel Energie“, sagte Studien-Co-Autor Nathan Youngblood, Elektro- und Computeringenieur an der Universität Pittsburgh. „Die Lösung besteht oft darin, mehr GPUs zu kaufen und mehr Energie zu verbrauchen. Wenn optische Systeme dieses Problem effizienter und schneller lösen können, sinkt der Stromverbrauch, und das maschinelle Lernsystem arbeitet ebenfalls schneller.“

Diese neuen Speicherzellen nutzen ein Magnetfeld, um ein Lichtsignal im oder gegen den Uhrzeigersinn durch einen Ringresonator zu leiten – ein Bauteil, das Licht bestimmter Wellenlängen verstärkt – und es an einen von zwei Ausgängen zu senden. Abhängig von der Lichtintensität an jedem Ausgang kann die Speicherzelle eine Zahl zwischen 0 und 1 oder zwischen 0 und minus 1 kodieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speicherzellen, die nur 0 oder 1 in einem Informationsbit kodieren, können die neuen Speicherzellen eine Anzahl nicht ganzzahliger Werte kodieren, wodurch bis zu 3,5 Bit pro Speicherzelle gespeichert werden können.

Diese gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn laufenden Lichtsignale seien wie „zwei Läufer, die auf derselben Strecke laufen, aber in entgegengesetzte Richtungen, wobei der Wind immer vor dem einen und hinter dem anderen weht“, sagt Ingenieur Youngblood.

Die aus diesem Rennen um den Ringresonator gewonnenen Zahlen könnten dazu verwendet werden, die Verbindungen zwischen Knoten in künstlichen neuronalen Netzwerken zu stärken und so Algorithmen des maschinellen Lernens dabei zu helfen, Daten auf ähnliche Weise wie das menschliche Gehirn zu verarbeiten, sagte er.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Computern, die Berechnungen in der Zentraleinheit durchführen und die Ergebnisse dann an den Arbeitsspeicher senden, führen die neuen Speicherzellen Hochgeschwindigkeitsberechnungen direkt im Speicherarray durch. Youngblood sagte, In-Memory-Computing sei besonders nützlich für Anwendungen wie künstliche Intelligenz, bei denen große Datenmengen sehr schnell verarbeitet werden müssen.

Das Team demonstrierte auch die Haltbarkeit dieser Art magnetooptischer Speicherchips. Die Forscher gaben an, dass sie mehr als zwei Milliarden Schreib- und Löschvorgänge auf diesen Chips ohne Leistungseinbußen durchgeführt hätten – eine tausendfache Verbesserung gegenüber früheren Speichertechnologien. Herkömmliche Flash-Laufwerke seien auf 10.000 bis 100.000 Schreib- und Löschvorgänge beschränkt, so Youngblood.

Herr Youngblood und seine Kollegen hoffen, in Zukunft mehr dieser Speicherzellen in Computer einbauen und komplexere Berechnungen testen zu können.

Die Technologie könne dazu beitragen, den Stromverbrauch für den Betrieb künstlicher Intelligenzsysteme zu senken, sagte er.

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