ボストンに拠点を置くフォトニクス企業Lightelligenceは、世界初の小型フォームファクタのフォトニクスベース・コンピューティングデバイスを発表しました。これは、光を用いて演算処理を実行するデバイスです。同社によると、このデバイスは「NVIDIA RTX 3080などの一般的なコンピューティングユニットと比べて数百倍高速」とのことです。正確には350倍ですが、これは特定のアプリケーションにのみ当てはまります。
まだデモ段階にある Photonic Arithmetic Computing Engine (PACE) は、電子機器とフォトニクスを単一のシャーシに統合し、光速で演算を実行することで、特定の AI、ディープラーニング、機械学習のコンピューティング ワークロードを大幅に高速化します。
PACEは、その演算要素の特性により、特定のマトリックスアクセラレーションアプリケーションをNVIDIAのRTX 3080よりもはるかに高速化します。これは容易に理解できます。Lightelligenceのシステムでは、イベントの発生命令から実際に発生するまでの時間であるレイテンシがはるかに低いからです。これが、データが光速で移動するメリットです。
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これを実現するために、Lightelligence社はPACEの光学的機能だけでなく、従来の半導体と両者を結びつけるソフトウェアソリューションにも注力する必要があることを認識していました。そのため、同社はハードウェアとソフトウェアのプロバイダーを自称しています。また、光子環境における今日の最も基本的なコンピューティング問題のいくつかを解明するために特別に設計されたアルゴリズムも開発しています。
「光コンピューティングを開発する他社と比べて、Lightelligenceが他社に勝る独自の強みの一つは、様々な分野を共同設計できる能力です」と、LightelligenceのPACE担当主任エンジニア、エルワン・ディ・ヴィータ氏は述べています。「当社のフォトニクスエンジニアは、アナログ、デジタル、パッケージング、ソフトウェアの各エンジニアと連携してチップを設計し、その後、ポストシリコンチームが製造し、3Dシステムに組み込みます。当社のオプトエレクトロニクスパッケージングチームによるこのような革新がなければ、これらはすべて実現できなかったでしょう。」
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PACEは、実行可能なワークロードの範囲がやや狭いエンジンです。しかし、同社が述べているように、「PACEは、イジング問題やグラフのMax-Cut問題、Min-Cut問題など、最も難解な計算数学問題のいくつかに対する解を効率的に探索し、高度な計算における集積フォトニクスの現実的な可能性を示しています。」この観点から見ると、PACEは一種のASIC（特定用途向け集積回路）に分類できます。つまり、非常に限られた機能（あるいは単一の機能）を非常に優れた性能で実行できるのです。
Lightelligenceの創設者兼CEOであるYichen Shen博士は、「これらの問題は、NP完全問題として知られる難解な数学的問題の重要なクラスに属し、過去50年間、数学者を悩ませてきました」と述べています。「NP完全問題に対するアルゴリズムが重要なのは、これらの問題が相互にマッピング可能であり、暗号、電力網の最適化、高度な画像解析などの分野で数百もの実用的な応用があるためです。NP完全組み合わせ最適化問題における当社の進歩は、当社の技術がコンピューティングを変革する可能性を示しています。」
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しかし、PACEは、コンピューティングという新たな分野を付加することで、切望されていた特化を実現しています。これにより、システムの高速化だけでなく、驚異的な効率化も実現しています。従来の半導体システムでは、ナノメートルレベルの微細構造に、時にとんでもない周波数で電流を流すことで過剰な熱が発生するという問題がありましたが、光子システムは、抵抗による発熱を一切伴わずにワークロードを処理します。つまり、電流抵抗による熱は発生しません。すべては光によって実現されるのです。
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Lightelligenceは、CEOの博士論文とその正当性に基づいて構築されています。これは、2017年にNature誌に「コヒーレントナノフォトニック回路によるディープラーニング」が掲載された当時、LightelligenceのCEO兼創業者であるYichen Chen氏が、光回路が機械学習コンピューティングの最前線に立つ道を既に予見していたためです。2020年までに、同社は既に1億ドルの資金調達を行い、約150人の従業員を雇用しています。1年後、Lightspeedは「NVIDIA RTX 3080などの一般的なコンピューティングユニットよりも数百倍高速」と謳うDEM製品を開発しました。正確には、350倍の高速性です。
PACEのデビューは、2022年にAIアクセラレータのパイロット製品を市場に投入するという目標を楽々と達成するために十分な資金を集めることを目指しています。これは同社のビジョンにおいてはまだストレッチゴールに過ぎませんが、クラウドAI、金融、小売市場をターゲットとした、フォトニクスベースの大衆市場向けハードウェアソリューションを早ければ2023年にも開発・提供することを目指しています。LightelligenceがPACEによって2年間で2019年のCOMET設計の性能を100万倍向上させたことを考えると、彼らの取り組みが今後の製品化においてどこへ向かうのか、興味深いところです。
Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。
