Osiemdziesiąt lat po debiucie ENIAC-a, pierwszego na świecie elektronicznego komputera ogólnego przeznaczenia, badacze z University of Pennsylvania pracują nad zupełnie nową wizją przyszłości komputerów – pisze portal SciTechDaily. Zamiast polegać wyłącznie na elektronach, naukowcy chcą wykorzystać samo światło do napędzania kolejnej generacji systemów sztucznej inteligencji.
Czytaj więcej
Niemieccy inżynierowie pracują nad przełomowymi procesorami fotonowymi – mają niemal 30-krotnie poprawić wydajność energetyczną AI. Nowatorski proj...
ENIAC, opracowany przez badaczy z Penn – J. Prespera Eckerta i Johna Mauchly’ego – zapoczątkował erę elektronicznych komputerów, wykorzystując elektrony do wykonywania złożonych obliczeń. Współczesne komputery nadal opierają się na tej samej podstawowej zasadzie. Jednak wraz z rozwojem systemów AI tradycyjna elektronika zaczyna napotykać poważne ograniczenia fizyczne i energetyczne.
Fotony mogą zastąpić elektrony w systemach sztucznej inteligencji
Elektrony przenoszą ładunek elektryczny, co staje się problemem w coraz bardziej zaawansowanych układach scalonych. Przemieszczanie elektronów przez materiały generuje ciepło i opór, powodując straty energii i utrudniając chłodzenie systemów. Wyzwania te rosną, ponieważ sprzęt AI musi przetwarzać i przesyłać ogromne ilości danych.
SciTechDaily pisze, że aby rozwiązać te problemy, fizycy z Penn pod kierownictwem Bo Zhena z School of Arts & Sciences badają, czy fotony – cząstki światła – mogłyby przejąć część zadań wykonywanych obecnie przez elektrony.
Czytaj więcej
Inżynierowie z Uniwersytetu Cornella stworzyli pierwszy na świecie „mózg mikrofalowy” – mikroprocesor, który dokonuje obliczeń za pomocą fal mikrof...
– Ponieważ fotony są elektrycznie obojętne i nie mają masy spoczynkowej, mogą szybko przenosić informacje na duże odległości przy minimalnych stratach, dominując w technologiach komunikacyjnych – wyjaśnia Li He, współautor publikacji w „Physical Review Letters” i były badacz podoktorski w laboratorium Zhena. – Jednak ta neutralność sprawia, że bardzo słabo oddziałują z otoczeniem, co czyni je mało przydatnymi do operacji przełączania sygnałów i logiki, od których zależą komputery – powiedział portalowi SciTechDaily.
Światło może przesyłać informacje niezwykle wydajnie, ale zazwyczaj brakuje mu silnych oddziaływań potrzebnych do wykonywania operacji obliczeniowych, takich jak przełączanie czy podejmowanie decyzji.
Ekscytonopolarytony mają przyspieszyć rozwój komputerów AI
Aby rozwiązać ten problem, zespół Zhena stworzył specjalne quasi-cząstki zwane ekscytonopolarytonami. Te niezwykłe obiekty powstają poprzez sprzężenie fotonów z elektronami wewnątrz ultracienkiego półprzewodnika. Efektem jest hybrydowa cząstka światła i materii, łącząca prędkość światła z silniejszymi oddziaływaniami charakterystycznymi dla materii.
Wiele fotonicznych układów AI już dziś wykorzystuje światło do szybkiego i wydajnego wykonywania części obliczeń. Jednak gdy systemy te muszą przeprowadzić operacje związane z podejmowaniem decyzji, często konieczna jest konwersja sygnałów optycznych z powrotem na elektroniczne. Takie ciągłe przekształcenia zmniejszają szybkość działania i zwiększają zużycie energii, ograniczając korzyści płynące z obliczeń fotonicznych.
Nowa technologia może zmniejszyć zużycie energii przez AI
Wykorzystując ekscytonopolarytony, zespół z Penn zademonstrował całkowicie optyczne przełączanie sygnałów przy zużyciu energii wynoszącym zaledwie około czterech biliardowych części dżula. To niezwykle mała ilość energii – znacznie mniejsza niż potrzeba do krótkiego zasilenia małej diody LED.
Jeśli technologię uda się skutecznie skalować, przyszłe układy fotoniczne mogłyby przetwarzać światło bezpośrednio z kamer bez konieczności ciągłego przekształcania sygnałów między światłem a elektrycznością. Zdaniem badaczy takie podejście mogłoby znacząco zmniejszyć zapotrzebowanie energetyczne dużych systemów AI, a w przyszłości wspierać także podstawowe funkcje obliczeń kwantowych w układach scalonych.
