Австралийские ученые разработали инновационный фотонный чип, способный выполнять вычисления со скоростью света, используя при этом минимум энергии. Разработка оснащена искусственным интеллектом и работает на основе фотоники, благодаря чему имеет потенциал существенно снизить энергопотребление дата-центров и сделать их работу более устойчивой.
Об этом сообщает ProIT
Нанофотонная технология и ее преимущества
Прототип чипа был создан в наноцентре при Сиднейском университете. Вместо традиционной электрической передачи данных, которая сопровождается значительными потерями энергии и выделением тепла, это устройство использует фотоны для обработки информации. Благодаря свету, проходящему через наноструктуры чипа, вычисления происходят без электрического сопротивления и нагрева, а сами процессы длятся всего пикосекунды — время, необходимое для прохождения света через эти структуры.
Наноструктуры чипа имеют размер всего в десятки микрометров, что сопоставимо с толщиной человеческого волоса. Они формируют нейронную сеть с искусственными нейронами, которые имитируют работу человеческого мозга для выполнения вычислений. Это позволяет создавать высокопроизводительные, энергоэффективные и компактные ускорители искусственного интеллекта нового поколения.
“Мы переосмыслили возможности использования фотоники для разработки новых энергоэффективных и сверхбыстрых процессоров для компьютерных вычислений. Искусственный интеллект все больше ограничивается энергопотреблением. В данном исследовании нейронные вычисления выполняются с использованием света, что позволяет создавать более быстрые, энергоэффективные и сверхкомпактные ускорители ИИ”, — подчеркнул профессор Сяоке И из Школы электротехники и вычислительной техники.
Использование фотоники в искусственном интеллекте
Во время исследований команда интегрировала модели искусственного интеллекта в наномасштабные фотонные структуры, которые манипулируют светом для выполнения математических операций, необходимых для машинного обучения. Технология была протестирована на классификации более 10 тысяч биомедицинских изображений, включая МРТ-снимки молочной железы, грудной клетки и брюшной полости. Результаты экспериментов показали точность классификации от 90% до 99%.
Благодаря этой разработке открывается путь к созданию устойчивой инфраструктуры для искусственного интеллекта, способной удовлетворять растущий спрос на вычислительные мощности без пропорционального увеличения энергопотребления. Сегодня фотоника уже активно применяется в лазерных технологиях, оптоволоконных сетях и медицинской визуализации, а ее использование для обработки данных в компьютерах активно исследуется на протяжении последнего десятилетия.
Команда Сиднейского университета также работает над расширением возможностей фотоники, включая решения для беспроводной связи и сенсорных технологий, которые способны обнаруживать и измерять химические и биологические следы в окружающей среде. После успешного тестирования прототипа исследователи планируют масштабировать фотонные нейронные сети для еще более широкого применения в промышленности.
В мире продолжаются аналогичные разработки: в США недавно представили первый квантовый электронно-фотонный чип на кристалле, а ученые из Италии, Германии и Франции работают над созданием квантового компьютера на основе стеклянных фотонных чипов.
Результаты австралийского исследования опубликованы в журнале Nature.