Chinesische Wissenschaftler entwickeln Chip, der KI-Aufgaben 3.000 Mal schneller erledigen kann als Nvidias A100
23. Juli 2024Chinesische Wissenschaftler entwickeln Chip, der KI-Aufgaben 3.000 Mal schneller erledigen kann als Nvidias A100
Einer neuen Studie zufolge haben chinesische Wissenschaftler einen Chip hergestellt, der bei der Ausführung einiger Aufgaben wie Bilderkennung und autonomes Fahren deutlich schneller und energieeffizienter ist als aktuelle Hochleistungs-KI-Chips.
Obwohl der neue Chip die in Geräten wie Computern oder Smartphones verwendeten Chips nicht sofort ersetzen kann, könnte er schon bald in tragbaren Geräten, Elektroautos oder intelligenten Fabriken eingesetzt werden und dazu beitragen, Chinas Wettbewerbsfähigkeit bei der Massenanwendung künstlicher Intelligenz zu steigern, schrieben Forscher in einem Artikel, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.
Das Land versucht verzweifelt, im KI-Wettlauf mit den USA gleichzuziehen, nachdem Washington eine Reihe von unbedingt für Chinas Zugang zu Technologien, darunter auch zu hochentwickelten Chips, erlassen hat.
Der neue Chip – bekannt als All-Analogue Chip Combining Electronics and Light (ACCEL) – ist lichtbasiert und verwendet Photonen, eine Art Elementarteilchen, zum Berechnen und Übertragen von Informationen, um eine schnellere Rechengeschwindigkeit zu erreichen.
Die Idee eines lichtbasierten Chips ist nicht neu, die derzeit verwendeten Chips sind allerdings für die Berechnung auf elektrischen Strom angewiesen, da die Kontrolle von Photonen schwierig ist.
In einem Labortest erreichte der neue Chip eine Rechengeschwindigkeit von 4,6 PFLOPS (Peta-Fließkommaoperationen pro Sekunde) und war damit 3.000 Mal schneller als einer der am weitesten verbreiteten kommerziellen KI-Chips, Nvidias A100. Der chinesische Chip verbraucht laut Forschern außerdem 4 Millionen Mal weniger Energie.
Der A100 unterliegt den US-Sanktionen gegen China und wird, wie auch andere fortschrittliche KI-Chips, mit hochmodernen Lithografiemaschinen hergestellt, zu denen China keinen Zugang hat.
Der neue Chip wurde stattdessen von der chinesischen Semiconductor Manufacturing International Corporation unter Verwendung eines billigen, 20 Jahre alten Transistorherstellungsprozesses gebaut.
„Die Leistung [des Chips] könnte durch Verbesserungen im Bauprozess oder durch den Einsatz teurerer Herstellungsverfahren unter 100 Nanometern weiter optimiert werden“, schrieb das Forschungsteam der Fakultäten für Automatisierung und Elektrotechnik der Universität Tsinghua in dem in der letzten Woche veröffentlichten Papier.
Im Gegensatz zu Halbleiterchips nutzen photonische Chips die intrinsischen physikalischen Eigenschaften des Lichts, indem sie Transistoren durch Ultramikroskope und elektrische Signale durch Lichtsignale ersetzen.
„Der Einsatz photonischer Computersysteme war aufgrund der komplizierten Struktur und der Anfälligkeit für Rauschen und Systemfehler bisher eine Herausforderung.“ „Das Team hat auf innovative Weise ein Computerframework eingeführt, das photonisches und analoges elektronisches Computing vereint“, hieß es in einem Artikel am Dienstag auf der Website von Tsinghua.
Tsinghua sagte auch, dass die Verwendung von Lichtsignalen die Energieeffizienz erheblich verbessere und dass „die Energie, die zum Betrieb bestehender Chips eine Stunde lang erforderlich ist, ACCEL über 500 Jahre lang mit Strom versorgen könnte“.
Der geringe Stromverbrauch kann auch dazu beitragen, das Problem der Wärmeableitung zu lösen, das derzeit eine erhebliche Hürde für die weitere Miniaturisierung integrierter Schaltkreise darstellt.
Aufgrund der analogen Computerarchitektur des Chips ist seine Anwendung jedoch auf die Lösung spezifischer Probleme beschränkt. Im Gegensatz zu allgemeinen Computerchips in Smartphones können er weder verschiedene Programme ausführen noch Dateien komprimieren.
Zu den Aufgaben, die es ausführen kann, gehören laut der Website von Tsinghua hochauflösende Bilderkennung, Berechnungen bei schwachen Lichtverhältnissen und die Identifizierung von Verkehr.
Es bietet auch bestimmte Vorteile bei KI-Bildverarbeitungsaufgaben, da passives Licht aus der Umgebung selbst Informationen trägt, sodass Berechnungen direkt während des Erfassungsprozesses durchgeführt werden können.
Das Projekt wurde vom National Key Research and Development Program des chinesischen Wissenschaftsministeriums und der National Natural Science Foundation of China finanziert.
An der Entwicklung des Chips war auch MakeSens beteiligt, ein in Peking ansässiges Chipdesign-Unternehmen, das von einem der am Projekt beteiligten Forscher mitgegründet wurde. Im Mai dieses Jahres brachte das Unternehmen einen Chip mit niedrigem Stromverbrauch auf den Markt, der analoge Berechnungen verwendet.
Dai Qionghai, einer der Co-Leiter des Forschungsteams, sagte: „Die Entwicklung einer Computerarchitektur für das neue KI-Zeitalter ist eine herausragende Leistung. Die größte Herausforderung besteht jedoch darin, diese neue Architektur in die Praxis umzusetzen und wichtige nationale und öffentliche Bedürfnisse zu lösen. Das ist unsere Verantwortung.“
Auf Fragen zu den kommerziellen Aussichten des Chips hat das Forschungsteam noch nicht geantwortet.