Инженеры Пенсильванского университета разработали новый чип, который использует световые волны, а не электричество, для выполнения сложных математических вычислений, необходимых для обучения ИИ. Этот чип потенциально может радикально ускорить скорость обработки компьютеров, а также снизить их энергопотребление.

Конструкция кремниево-фотонного (SiPh) чипа является первой, в которой объединены новаторские исследования лауреата медали Бенджамина Франклина и профессора Х. Недвилла Рэмси Надера Энгеты в области манипулирования материалами на наноуровне для выполнения математических вычислений с использованием света — самого быстрого из возможных средств связи — с платформа SiPh, в которой используется кремний, дешевый и распространенный элемент, используемый для массового производства компьютерных чипов.

Взаимодействие световых волн с материей представляет собой один из возможных путей разработки компьютеров, которые преодолеют ограничения сегодняшних чипов, которые, по сути, основаны на тех же принципах, что и чипы первых дней компьютерной революции 1960-х годов.

В статье , опубликованной в журнале Nature Photonics, группа Энгеты вместе с группой Фируза Афлатуни, доцента кафедры электротехники и системной инженерии, описывает разработку нового чипа.

«Мы решили объединить усилия», — говорит Энгета, используя тот факт, что исследовательская группа Афлатуни впервые разработала кремниевые наноразмерные устройства.

Их цель заключалась в разработке платформы для выполнения так называемого умножения векторных матриц — основной математической операции при разработке и функционировании нейронных сетей — компьютерной архитектуры, которая лежит в основе современных инструментов искусственного интеллекта.

Вместо использования кремниевой пластины одинаковой высоты, объясняет Энгета, «вы делаете кремний тоньше, скажем, на 150 нанометров», но только в определенных областях. Эти изменения высоты — без добавления каких-либо других материалов — обеспечивают средства контроля распространения света через чип, поскольку изменения высоты могут быть распределены, вызывая рассеивание света по определенным шаблонам, что позволяет чипу выполнять математические вычисления. со скоростью света.

По словам Афлатуни, из-за ограничений, налагаемых коммерческим предприятием, производившим чипы, эта конструкция уже готова для коммерческого применения и потенциально может быть адаптирована для использования в графических процессорах (GPU), спрос на которые резко возрос вместе с широким распространением чипов. интерес к разработке новых систем искусственного интеллекта.

«Они могут использовать платформу Silicon Photonics в качестве дополнения, — говорит Афлатуни, — и тогда вы сможете ускорить обучение и классификацию».

В дополнение к более высокой скорости и меньшему потреблению энергии , чип Энгеты и Афлатуни имеет преимущества конфиденциальности: поскольку многие вычисления могут выполняться одновременно, не будет необходимости хранить конфиденциальную информацию в рабочей памяти компьютера, что сделает будущий компьютер, работающий на такой технологии, практически неуязвимым для взлома. .

«Никто не может взломать несуществующую память, чтобы получить доступ к вашей информации», — говорит Афлатуни.

Среди других соавторов — Вахид Никха, Али Пирморади, Фаршид Аштиани и Брайан Эдвардс из Penn Engineering.