Австралийские исследователи создали сверхкомпактный чип искусственного интеллекта (ИИ), способный выполнять вычисления, используя энергию света, со скоростью света. Прототип нанофотонного чипа, использующий энергию световых частиц (фотонов), был полностью разработан собственными силами в Сиднейском наноцентре при Сиднейском университете. Исследователи утверждают, что прототип может сыграть важную роль в разработке более энергоэффективного оборудования для ИИ, поскольку глобальный спрос на искусственный интеллект продолжает расти, потенциально снижая общее энергопотребление будущих вычислительных систем.

Традиционные компьютерные чипы используют электричество для обработки информации, что означает перемещение крошечных заряженных частиц (электронов) по проводам. Это приводит к выделению тепла.

Прототип нанофотонного чипа использует свет. Свет может проходить через материалы без электрического сопротивления, поэтому он не выделяет тепло так же, как электричество. Когда свет проходит через наноструктуры внутри прототипа чипа, эти структуры сами автоматически выполняют вычисления.

Наноструктура на чипе занимает десятки микрометров, что примерно сопоставимо с шириной человеческого волоса. Вместе эти наноструктуры помогают сформировать нейронную сеть: искусственные нейроны, имитирующие работу человеческого мозга для распознавания и выполнения вычислений.

Прототип выполняет вычисления в пикосекундном масштабе времени , или в триллионных долях секунды — времени, за которое свет проходит через наноструктуру.

Исследователи утверждают, что преимущество использования фотоники заключается в гораздо более высокой скорости вычислений, происходящей со скоростью света. Кроме того, эта технология использует свет для работы, а не электричество. Это контрастирует с современными центрами обработки данных, которые потребляют огромное количество воды и энергии для своего питания.

«Мы переосмыслили возможности использования фотоники для разработки новых энергоэффективных и сверхбыстрых процессоров для компьютерных вычислений», — сказал профессор Сяоке И из Школы электротехники и вычислительной техники и директор исследовательской группы по фотонике.

«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».

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications , демонстрируется, как модели искусственного интеллекта могут быть встроены в наноразмерные фотонные структуры , которые манипулируют светом для выполнения математических операций, необходимых для машинного обучения.

Для проверки технологии исследователи обучили нанофотонный чип классифицировать более 10 000 биомедицинских изображений, таких как МРТ-снимки молочной железы, грудной клетки и брюшной полости.

В ходе моделирования и экспериментов нанофотонная нейронная сеть достигла точности классификации приблизительно от 90% до 99%.

Данная технология открывает путь к созданию устойчивой инфраструктуры искусственного интеллекта, способной удовлетворять растущие потребности в вычислительных ресурсах без пропорционального увеличения энергопотребления.

Экологичное оборудование для искусственного интеллекта, которое лучше, быстрее и мощнее.

Фотоника, или фотонная электроника, — это наука об управлении частицами света. Она используется в технологиях, которыми мы пользуемся ежедневно, таких как лазеры, волоконно-оптические сети и медицинская визуализация.

Однако использование фотоники для обработки данных в компьютерах стало предметом исследований лишь в последние годы, и эта тенденция приобретает все большую актуальность в связи с ростом спроса на искусственный интеллект.

Аспирант Джоэл Свед, сыгравший ключевую роль в разработке и создании прототипа, заявил, что прототип демонстрирует, как интеллект может быть встроен непосредственно в наноразмерные фотонные структуры.

На протяжении более десяти лет исследовательская группа по фотонике в Сиднейском университете занимается изучением способов расширения границ возможностей фотоники, в том числе для совершенствования наших технологий.

Это включает в себя использование фотоники для решения задач беспроводной связи и передовых сенсорных технологий, способных обнаруживать и измерять химические или биологические следы в окружающей среде.

После успешного тестирования прототипа нанофотонного чипа команда профессора Ии теперь работает над развитием технологии в направлении создания более масштабных фотонных нейронных сетей.