Die rasante Entwicklung der künstlichen Intelligenz hat höhere Anforderungen an die Datenübertragungsgeschwindigkeit gestellt und herkömmliche Kabelverbindungen sind zu einem Engpass geworden. Um diese Einschränkung zu durchbrechen, arbeitet ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Michigan an der Entwicklung eines neuen Chip-Verbindungssystems auf Basis der Lichtwellenübertragung. Ziel ist es, das „Memory Wall“-Problem zu lösen und die Weiterentwicklung von KI-Modellen voranzutreiben. Das Projekt erhielt einen großen Zuschuss von der National Science Foundation und wurde von einer Reihe von Universitäten und Technologiegiganten unterstützt, die gemeinsam daran arbeiteten, die Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu verbessern, um der wachsenden Nachfrage nach KI-Computing gerecht zu werden.
Bei der heutigen Entwicklung der künstlichen Intelligenz (KI) ist die Geschwindigkeit der Datenübertragung zu einem wichtigen Engpass geworden, der den Fortschritt behindert. Um diese Barriere zu überwinden, entwickelt ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Michigan (UM) ein neues Chip-Verbindungssystem, das Lichtwellen anstelle herkömmlicher Kabel zur Datenübertragung verwendet. Diese Innovation soll das „Memory Wall“-Problem lösen, das die Rechengeschwindigkeit begrenzt, und das weitere Wachstum von KI-Modellen fördern.
Das Projekt erhielt 2 Millionen US-Dollar aus Mitteln des Future Semiconductors Program der National Science Foundation und umfasste die University of Washington, die University of Pennsylvania, das Lawrence Berkeley National Laboratory und vier Industriepartner, darunter Google, Hewlett Packard Enterprise, Microsoft und Nvidia. Obwohl sich die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit in den letzten 20 Jahren um das 60.000-fache erhöht hat, hat sich die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen Computerspeicher und Prozessor nur um das 30-fache erhöht. Dieser überproportionale Anstieg macht die Datenübertragung zum größten Hindernis für die Verbreitung von KI-Modellen.
„Unsere Technologie ermöglicht es Hochleistungsrechnern, mit den ständig wachsenden Datenströmen Schritt zu halten“, sagte Di Liang, der Hauptforscher des Projekts und UM-Professor für Elektro- und Computertechnik. „Mit optischen Verbindungen erwarten wir, Dutzende Terabit pro Sekunde zu erreichen.“ „Die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist mehr als 100-mal schneller als die heutiger elektrischer Verbindungen.“
Derzeit sind Datenübertragungen zwischen mehreren Speicher- und Prozessorchips auf Metallverbindungen angewiesen, was erhebliche Geschwindigkeits- und Bandbreitenbeschränkungen mit sich bringt. Da der Umfang der KI-Modelle immer weiter zunimmt, kann das aktuelle Modell der festverdrahteten Verbindung die Nachfrage nicht mehr decken. Das neue Design des Forschungsteams wird die Übertragungseigenschaften von Licht nutzen, um Daten zwischen Chips über Kanäle, sogenannte optische Wellenleiter, zu übertragen und so die Effizienz der Datenübertragung erheblich zu verbessern.
Ein weiteres Highlight der neuen Technologie ist ihre Rekonfigurierbarkeit. Die Forscher planen den Einsatz spezieller Phasenwechselmaterialien, deren Brechungsindex sich bei Anregung des Materials durch Laserlicht oder Spannung ändert und so eine flexible Anpassung des Lichtweges ermöglicht. Wie Projektkoautor Professor Liang Feng von der University of Pennsylvania es ausdrückt: „Genau wie beim Öffnen und Schließen von Straßen können Unternehmen, wenn sie diese Technologie zur Herstellung von Chips übernehmen, das Layout anderer Komponenten neu schreiben, ohne das Layout anderer Komponenten zu ändern.“ Verbindungen zwischen verschiedenen Chip- und Serverchargen.“
Darüber hinaus wird das Forschungsteam eine Flusskontrollsoftware entwickeln, die in Echtzeit überwacht, welche Chips kommunizieren müssen, damit Verbindungen im laufenden Betrieb angepasst werden können. Diese flexible Verbindungsmethode verbessert nicht nur die Effizienz der Datenverarbeitung, sondern kann auch dynamisch an unterschiedliche Anforderungen des KI-Modells angepasst werden.
Das Programm bietet UM-Studenten außerdem die Möglichkeit, mit der Industrie zusammenzuarbeiten und so wertvolle praktische Erfahrungen in einem sich schnell entwickelnden Technologiebereich zu sammeln. Professor Li sagte: „Die Zusammenarbeit mit der Industrie ermöglicht es den Studierenden, die Moderne besser zu verstehen
Es wird erwartet, dass diese innovative optische Chip-Verbindungstechnologie den Datenübertragungsengpass in der KI-Entwicklung vollständig löst, die Skalierung und Leistungsverbesserung zukünftiger KI-Modelle stark unterstützt und den Studierenden wertvolle praktische Lernmöglichkeiten bietet. Aufgrund seiner Rekonfigurierbarkeit und flexiblen Flusssteuerung weist es ein großes Anwendungspotenzial auf.