Новый ультракомпактный чип на основе света обрабатывает данные со скоростью света, демонстрируя высокую точность

По мере того, как модели искусственного интеллекта становятся все более сложными, традиционное электронное оборудование с трудом справляется со скоростью вычислений и потребностями в энергии. Обычные компьютерные чипы обрабатывают информацию, сталкивая между собой электрически заряженные частицы - процесс, который по своей природе генерирует значительное количество тепла и требует огромного количества энергии при выделении тепла. Чтобы преодолеть это узкое место в вычислительной технике, исследователи из Сиднейского университета разработали ультракомпактный фотонный чип, который выполняет математические вычисления с помощью света.

Исследователи создали этот процессор, используя передовое компьютерное моделирование, которое точно отображает взаимодействие световых волн в трехмерном пространстве. Этот метод проектирования позволяет использовать крошечные физические строительные блоки - каждый из которых меньше длины волны света - в качестве настраиваемых точек данных. Такой особый подход позволяет добиться поразительной плотности вычислений - около 400 миллионов параметров на квадратный миллиметр. Получаемые в результате наноструктуры невероятно малы - всего десятки микрометров в поперечнике, что примерно сопоставимо с шириной человеческого волоса.

Когда свет проходит через эти замысловатые наноструктуры, физическая геометрия чипа автоматически выполняет математические операции, необходимые для машинного обучения. Поскольку вся система работает на основе движения фотонов, вычисления выполняются за триллионные доли секунды.

Чтобы проверить прототип, исследовательская группа поставила перед фотонной нейронной сетью задачу классифицировать более 10 000 биомедицинских изображений, включая снимки грудной клетки, груди и живота. Система достигла точности классификации около 90% в физических экспериментах и до 99% в симуляциях. Встроив возможности искусственного интеллекта непосредственно в наноразмерные структуры, исследователи создали высокомасштабируемую, энергоэффективную платформу, которая может значительно сократить огромный экологический след будущей вычислительной инфраструктуры.