Komputery optyczne przyspieszą rozwój systemów sztucznej inteligencji. Mogą być nawet 1000-krotnie szybsze od działających obecnie

Krzemowe superkomputery przystosowane do obsługi algorytmów uczenia maszynowego mogą zostać zastąpione przez ich optyczne odpowiedniki. Wykorzystanie światła jako podstawowego nośnika informacji pozwoli zmniejszyć zużycie energii elektrycznej przy jednoczesnym zwiększeniu mocy obliczeniowej. Firma Lightmatter zaprojektowała w pełni funkcjonalny procesor optyczny, który będzie kamieniem milowym na drodze do porzucenia krzemu na rzecz bardziej przyszłościowej technologii przesyłu danych.

Procesor fotonowy zaprezentowany przez inżynierów Lightmatter powstał z myślą o zastosowaniu specjalistycznym. Układ ma trafić do jednostek wyspecjalizowanych w wykonywaniu zadań na potrzeby systemów sztucznej inteligencji. W przeciwieństwie do klasycznych procesorów Lightmatter wykorzystuje do przesyłania i przetwarzania danych wiązkę światła, a nie impuls elektryczny przepuszczany przez krzemowe układy. Taka konstrukcja pozwoliła zauważalnie zredukować ilość ciepła wydzielanego przy maksymalnym obciążeniu procesora.

– Departament Energii szacuje, że do 2030 roku technologie komputerowe i komunikacyjne będą zużywać ponad 8 proc. światowej mocy. Tranzystory, siła napędzająca tradycyjne procesory, nie są ulepszane, a bardzo się grzeją. Budowanie coraz większych centrów danych to ślepa uliczka na drodze postępu obliczeniowego – przekonuje dr Nicholas Harris, założyciel i dyrektor generalny Lightmatter.

Układ Lightmatter został wykonany przy wykorzystaniu technologii druku cyfrowego, która pozwoliła na stworzenie procesora składającego się z przeszło miliarda tranzystorów FinFET, dziesiątek tysięcy fotonicznych jednostek arytmetycznych oraz setki konwerterów danych. Procesor został przystosowany do współpracy z najpopularniejszymi frameworkami używanymi do pracy z algorytmami sztucznej inteligencji, dlatego może zostać wykorzystany m.in. w parze z PyTorch czy TensorFlow.

Nie tylko inżynierowie z Lightmatter pracują nad wdrożeniem technologii przetwarzania danych z wykorzystaniem układów fotonicznych. W 2019 roku zespół badaczy z IBM Research Zurich zaprezentował optyczny tranzystor organiczny zdolny do przetwarzania danych z 1000-krotnie wyższą prędkością niż klasyczne tranzystory bazujące na technologii krzemowej.

Z kolei inżynierowie z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Uniwersytetu George’a Washingtona opublikowali na łamach „Applied Physics Reviews” pracę naukową opisującą model teoretyczny fotonicznej sieci neuronowej. Zgodnie z ich wyliczeniami zastosowanie optycznych układów Tensor Processing Unit wyspecjalizowanych do pracy w ramach głębokich sieci neuronowych pozwoliłoby nawet trzykrotnie przyspieszyć proces przetwarzania danych przez algorytmy sztucznej inteligencji.

– Potrzebujemy nowego paradygmatu w obliczeniach komputerowych. Procesory optyczne są znacznie szybsze i bardziej energooszczędne niż tradycyjne procesory. Jednocześnie umożliwiamy rozwój systemów obliczeniowych i zmniejszamy ich wpływ na naszą planetę – podkreśla dr Nicholas Harris z Lightmatter.