AI-чипы Fraunhofer IIS: прорыв в скорости передачи данных

Fraunhofer IIS разрабатывает специализированные ИИ-чипы на основе импульсных нейронных сетей, которые кардинально улучшают качество сигнала и повышают скорость передачи данных в волоконно-оптических сетях.

Проект SpikeHERO направлен на укрепление цифровой инфраструктуры Европы и усиление её технологического суверенитета за счёт усовершенствования оптоволоконных технологий.

Над реализацией проекта институт сотрудничает с партнёрами из Нидерландов, Чехии и Бельгии.

Роль оптоволоконных сетей в цифровом будущем

Оптоволоконные сети являются фундаментом цифровой трансформации. В условиях растущей конкуренции за ключевые технологии потребность в высокой пропускной способности и минимальных задержках продолжает увеличиваться.

Будущие сети 6G, в частности, должны будут соответствовать экстремально высоким требованиям к передаче данных.

Основная сложность заключается в том, что с ростом скорости передачи данных качество сигнала часто снижается. Для компенсации помех провайдеры сегодня используют цифровые сигнальные процессоры.

«Однако такие решения отличаются высокой стоимостью и не являются устойчивыми в долгосрочной перспективе из-за колоссального энергопотребления», — поясняет Майкл Роте, руководитель группы Embedded AI в Fraunhofer IIS. «Это создаёт технические ограничения для дальнейшего наращивания скорости передачи данных».

Преодоление ограничений с помощью нейросетей

Проект SpikeHERO предлагает инновационное решение проблем оптоволоконной связи. Участники проекта разрабатывают новую архитектуру ИИ-процессора, сочетающую оптический и электрический чипы на основе импульсных нейронных сетей.

Эти нейросети будут непрерывно отслеживать состояние канала связи, анализировать сигналы и корректировать помехи на стороне приёмника с помощью управляющих параметров. Поддержание стабильного качества сигнала открывает новые возможности для увеличения скорости передачи в оптоволоконных системах.

В частности, проект ставит целью утроение пропускной способности — с 10 ГГц до 30 ГГц — и сокращение задержки с 10 микросекунд до менее 6 наносекунд. При этом ожидается снижение энергопотребления с 7–10 Вт до всего 1–2 Вт.

Вдохновлённые мозгом

Импульсные нейронные сети (Spiking Neural Networks, SNN) считаются одним из наиболее перспективных направлений в искусственном интеллекте.

Их принцип работы模仿рует работу человеческого мозга: информация обрабатывается в виде импульсов и только при превышении порога значимости. Это делает SNN идеальными для приложений, требующих как реакции в реальном времени, так и энергоэффективности.

Существуют различные подходы к разработке аппаратного обеспечения SNN. Оптические полупроводники передают импульсы с помощью фотонов, тогда как электрические аналоги используют напряжение и ток.

Каждый из типов имеет свои преимущества, и SpikeHERO намерен объединить оба. Для электрического SNN-чипа в проекте будет использоваться чип SENNA, разработанный Fraunhofer IIS и Fraunhofer EMFT.

«Сейчас мы работаем над вторым поколением чипа, которое обещает ещё более высокую скорость импульсов при сниженном энергопотреблении», — отметил Роте.