ШІ зі швидкістю світла: крихітний фотонний чип вирішує проблему енергоспоживання датацентрів — Depositphotos

Австралійські дослідники створили крихітний чип з ШІ для обчислень зі швидкістю світла та використання для цього енергії світла.

Прототип чипа використовує енергію фотонів та був розроблений у наноцентрі при Сіднейському університеті. За словами розробників, він може відіграти важливу роль у створенні енергоефективнішого обладнання для ШІ. Традиційні чипи використовують електрику для обробки інформації. Однак дротова передача заряджених електронів призводить до виділення тепла.

Натомість нанофотонний чип використовує світло. Фотони можуть проходити крізь матеріали без електричного опору, не виділяючи тепла. Світло проходить крізь наноструктури чипа, а вони автоматично виконують обчислення.

Розміри наноструктури цього чипу вимірюються буквально десятками мікрометрів, що завширшки порівняно з людською волосиною. Разом наноструктури формують нейромережу зі штучними нейронами, які імітують роботу людського мозку для виконання обчислень. Обчислення виконуються за пікосекунди — час, за який світло проходить крізь наноструктури.

ШІ зі швидкістю світла: крихітний фотонний чип вирішує більшість проблем датацентрів — Нанофотонний нейронний мережевий прискорювач / Nature

Дослідники переконують, що перевагами нанофотоніки є вища швидкість обчислень та використання власне світла, а не електрики. Це значно відрізняється від роботи нинішніх датацентрів, які для роботи споживають велику кількість води та енергії.

“Ми переосмислили можливості використання фотоніки для розробки нових енергоефективних і надшвидких процесорів для комп’ютерних обчислень. Штучний інтелект все більше обмежується енергоспоживанням. У даному дослідженні нейронні обчислення виконуються з використанням світла, що дозволяє створювати швидші, енергоефективні та надкомпактні прискорювачі ШІ”, — підкреслив професор Сяоке І зі Школи електротехніки та обчислювальної техніки.

У рамках дослідження науковці інтегрували моделі ШІ у нанорозмірні фотонні структури, які маніпулюють світлом для проведення математичних операцій, що використовуються для машинного навчання. Тестуючи технологію, дослідники навчили фотонний чип класифікувати понад 10 тис. біомедичних зображень, включно з МРТ-знімками молочної залози, грудної клітини та черевної порожнини.

За результатами моделювання та експериментів нанофотонна нейромережа досягала точності класифікації від 90% до 99%. Ця технологія відкриває шлях до створення стійкої інфраструктури ШІ, здатної задовольняти висхідну потребу в обчислювальних ресурсах без пропорційного збільшення енергоживлення.

Фотоніка наразі використовується у технологіях лазерів, оптоволоконних мереж та медичній візуалізації. Застосування принципів керування фотонами для обробки даних у комп’ютерах почало вивчатись відносно нещодавно. Протягом понад 10 років дослідницька група в Сіднейському університеті займається вивченням способів розширення меж можливостей фотоніки.

Це включає рішення для завдань бездротового зв’язку та передових сенсорних технологій, здатних виявляти та вимірювати хімічні або біологічні сліди в навколишньому середовищі. Після успішного тестування прототипу нанофотонного чипа команда працює над розвитком технології в напрямку створення більш масштабних фотонних нейронних мереж.

Раніше ми писали, що у США представили перший у світі квантовий електронно-фотонний чип на кристалі. Наразі колаборація науковців з Італії, Німеччини та Франції працює над створенням квантового комп’ютера, що використовуватиме скляні фотонні чипи.