Un coprocesseur optique pour l'intelligence artificielle
Publié par Redbran le 01/02/2019 à 14:00
Source: CNRS La lettre innovation
Fondée par trois chercheurs en physique de l'Institut Langevin (1), du Laboratoire de physique statistique (2) et du Laboratoire Kastler Brossel3, la start-up LightOn a développé un coprocesseur optique qui accélère l'apprentissage automatique (machine learning). Deux prototypes sont installés dans un data center et testés par des utilisateurs.


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Les techniques de "machine learning", qui permettent à un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits...) d'apprendre automatiquement à partir de masses de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.), sont à la base du renouveau de l'intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens susceptibles de doter les systèmes informatiques de...) depuis quelques années. Mais ces traitements peuvent s'avérer très lourds et très consommateurs d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). LightOn, une start-up créée en 2016 par trois chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) Langevin1, du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la nature ;...) statistique2 et du Laboratoire Kastler Brossel (3) et par ailleurs professeurs à Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège...) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) et Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre...) Diderot, propose une solution très innovante pour accélérer ces calculs: un co-processeur qui a la particularité d'utiliser un dispositif optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) pour réaliser les traitements de données.

Le coprocesseur de LightOn applique une méthode mathématique – la projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) aléatoire - afin d'effectuer un traitement qui accélère l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences,...) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour...). Cette technique a pour effet de comprimer les données, afin d'éviter d'encombrer la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.), ou encore de faciliter les recherches d'une information dans une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) de données. Elle s'avère utile, par exemple, pour classifier des images de grandes tailles. Mais l'originalité de LightOn est d'implanter cette méthode, non sur un processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques. Avec la mémoire notamment, c'est...) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information...) gravé sur du silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.), mais au moyen d'un dispositif optique breveté (4), l'Optical processing unit (OPU) (5), qui effectue les mêmes opérations. Il en résulte une accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une...) sensible de l'apprentissage automatique par rapport aux traitements effectués sur des co-processeurs de type GPU (processeurs graphiques) généralement utilisés en intelligence artificielle, avec une consommation d'énergie qui peut être réduite d'un facteur 10.

Deux prototypes de l'OPU sont actuellement installés dans un data center de la société de services de cloud computing (Le Cloud computing est un concept de déportation sur des serveurs distants des traitements informatiques traditionnellement localisés sur le...) OVH. Des utilisateurs, entreprises et laboratoires de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...), les utilisent pour effectuer des tests de calculs de machine learning. LightOn a par ailleurs signé un premier contrat de R&D avec une entreprise intéressée par leur système. La prochaine étape sera de fabriquer une pré-série d'OPU, qui devrait être disponible d'ici environ dix-huit mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.). Une levée de fonds, en cours de finalisation, est destinée à financer ce développement. "Aujourd'hui nous vendons des heures (L'heure est une unité de mesure  :) de calcul sur nos processeurs et des prestations de R&D. L'objectif ensuite sera de commercialiser des co-processeurs optiques auprès des grands industriels de l'internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la...), et plus généralement de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des centres de recherche ou entreprises qui investissent fortement dans le machine learning, comme par exemple les banques ou les entreprises de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une...) de contenu audiovisuel", indique Laurent Daudet, directeur technique de LightOn. Le marché des matériels d'accélération du machine learning devrait se chiffrer en dizaines de milliards de dollars à l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres...) 2025.


[i]Note:
(1) Institut Langevin (CNRS/ESPCI)
(2) Laboratoire de physique statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un ensemble de...) (CNRS/ENS/Sorbonne Université/Université Paris Diderot)
(3) Laboratoire Kastler Brossel (CNRS/ENS/Sorbonne Université/Collège de France)
(4) Brevet Appareil de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) de données numérique et système de traitement de données (En informatique, le terme traitement de données renvoie à une série de processus qui permettent d'extraire de l'information ou de produire du savoir...) numériques, en copropriété PSL/CNRS/ESPCI/Université Paris Diderot/, déposé le 04/02/2015.
(5) L'unité de traitement optique (Optical processing unit) comprend un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme...), une matrice de micro-miroirs qui encodent les données dans le faisceau lumineux, un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières...) translucide qui diffuse la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) du faisceau, et une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) pour recueillir l'image transmise, qui donne le résultat de l'opération.


Contact:
Laurent Daudet / directeur technique de LightOn
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