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Quand les photons se mettent à calculer

En février dernier, la startup LightOn a annoncé avoir mis au point une nouvelle technologie optique pour les calculs à grande échelle de l’Intelligence artificielle (IA). Cette technologie, qui a pour nom Optical Processing Unit (OPU), permet d’accélérer les tâches de l’apprentissage machine (Machine Learning) à grande échelle. En effet, lors de l’exécution d’une tâche de type « Transfer Learning », le temps de calcul, qui est de 20 minutes pour un algorithme fonctionnant sur un processeur graphique (GPU) standard, passe maintenant à environ 3,5 minutes avec l’OPU.

Basé sur des principes optiques, l’OPU LightOn a une très faible consommation électrique (inférieure à 30 W), ce qui permet une économie d’énergie d’un facteur 30 par rapport aux GPU standards dans cette tâche. Un autre algorithme de traitement pour l’analyse de séries temporelles, par un réseau de neurones récurrent (RNN), tourne avec une accélération de 200x par rapport aux processeurs conventionnels CPU (Central Processing Unit) dotés de grande capacité mémoire. 

Le dispositif est constitué d’un laser émis par un projecteur constitué de millions de micromiroirs adaptables permettant de façonner l’onde entrante à sa guise en moins d’une milliseconde. Le milieu diffusant est un disque blanc, large comme une pièce de monnaie et beaucoup moins épais (dont la composition demeure secrète). En sortie, la lumière est captée par une caméra dotée de millions de pixels.

Comme le rapporte le journal Le Monde, « l’intérêt de remplacer les électrons par les photons est triple. D’abord, « certaines opérations de base sont accélérées de 500 fois avec le prototype actuel et nous pourrions faire encore dix fois mieux avec du matériel que nous améliorerons », assure Laurent Daudet, l’un des quatre cofondateurs de l’entreprise, créée en 2016. Ensuite, la consommation s’en ressent, dix fois plus faible, que celle d’un GPU. Enfin, « les différences de performance se voient surtout pour les problèmes de très grandes dimensions, car avec notre méthode, les temps de calcul sont presque indépendants de la taille du problème, alors qu’ils augmentent fortement avec les méthodes classiques », souligne-t-il.

Au cours des derniers mois, LightOn a permis à un premier groupe d’utilisateurs d’avoir accès aux prototypes d’Optical Processing Units (OPU) par le biais de l’infonuagique, grâce à un partenariat avec OVH, le leader européen de l’infonuagique. Ces premiers utilisateurs, issus du monde universitaire et de l’industrie, ont déjà obtenu des gains significatifs de performance sur le serveur hybride CPU / GPU / OPU, pour une variété de tâches d’apprentissage automatique. Parmi les premiers cas d’utilisation figurent l’apprentissage par transfert pour la classification d’images, ou l’analyse et la prédiction de séries temporelles.

« L’intelligence artificielle se développe rapidement. Son utilisation dans des cas d’usage les plus divers combine une exigence de plus en plus forte sur la performance brute alliée à une meilleure efficacité énergétique. La technologie de LightOn répond à ces défis monumentaux » soutient Igor Carron, président de LightOn.

En décembre 2018, cette startup d’intelligence artificielle, qui a développé une technologie de rupture, utilisant l’optique, pour faire des calculs d’IA, a obtenu un financement de 2,9 millions d’euros (plus de 4,3 millions de dollars canadiens) auprès de plusieurs fonds de capital de risque en technologie profonde (Deep Tech), dont Quantonation et Anorak.

Christophe Jurczak, qui coordonne les efforts en apprentissage machine chez LightOn, indique que cet investissement permettra de « soutenir une équipe de chercheurs hors pairs, qui ont une compréhension approfondie des défis auxquels est confrontée l’informatique actuelle face à la croissance des besoins de l’Intelligence Artificielle. Nous pensons que, dans le futur, toute solution de calcul qui n’est pas pensée à la base pour être économe en énergie se heurtera à d’énormes difficultés de passage à l’échelle. Le cœur de la proposition de valeur de LightOn est précisément de répondre à ce défi. Sa technologie est déjà disponible et se positionnera certainement comme un facteur clé dans les futurs dispositifs HPC (High Performance Computer) ainsi que dans les serveurs de l’infonuagique utilisés en intelligence artificielle ». 
www.LightOn.io