Οι επιστήμονες σχεδίασαν ένα νέο μικροτσίπ που τροφοδοτείται από το φως και όχι από τον ηλεκτρισμό. Η τεχνολογία αυτή έχει τη δυνατότητα να εκπαιδεύσει μελλοντικά μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης (AI) πολύ ταχύτερα και αποτελεσματικότερα από τα καλύτερα σημερινά εξαρτήματα, υποστηρίζουν οι ερευνητές.
Χρησιμοποιώντας φωτόνια για την εκτέλεση πολύπλοκων υπολογισμών, αντί για ηλεκτρόνια, το τσιπ θα μπορούσε να ξεπεράσει τους περιορισμούς της κλασικής αρχιτεκτονικής των τσιπ πυριτίου και να επιταχύνει σημαντικά την ταχύτητα επεξεργασίας των υπολογιστών, μειώνοντας παράλληλα την ενεργειακή τους κατανάλωση, ανέφεραν οι επιστήμονες σε νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 16 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature Photonics.
Τα τσιπ πυριτίου διαθέτουν τρανζίστορ – ή μικροσκοπικούς ηλεκτρικούς διακόπτες – που ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται όταν εφαρμόζεται τάση. Σε γενικές γραμμές, όσο περισσότερα τρανζίστορ έχει ένα τσιπ, τόσο μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ έχει – και τόσο περισσότερη ενέργεια απαιτεί για τη λειτουργία του.
Σε όλη την ιστορία της πληροφορικής, τα τσιπ ακολουθούσαν το νόμο του Moore, ο οποίος ορίζει ότι ο αριθμός των τρανζίστορ διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια χωρίς αύξηση του κόστους παραγωγής ή της κατανάλωσης ενέργειας. Υπάρχουν όμως φυσικοί περιορισμοί στα τσιπ πυριτίου, όπως η μέγιστη ταχύτητα στην οποία μπορούν να λειτουργήσουν τα τρανζίστορ, η θερμότητα που παράγουν από την αντίσταση και το μικρότερο μέγεθος τσιπ που μπορούν να κατασκευάσουν οι επιστήμονες.
Αυτό σημαίνει ότι η στοίβαξη δισεκατομμυρίων τρανζίστορ σε ολοένα και μικρότερα ηλεκτρονικά τσιπ πυριτίου μπορεί να μην είναι εφικτή, καθώς η ζήτηση για ενέργεια αυξάνεται στο μέλλον – ιδίως για τα ενεργοβόρα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης.
Η χρήση φωτονίων, ωστόσο, έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των ηλεκτρονίων. Πρώτον, κινούνται ταχύτερα από τα ηλεκτρόνια – τα οποία δεν μπορούν να φτάσουν την ταχύτητα του φωτός. Ενώ τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν με ταχύτητες κοντά σε αυτές, τέτοια συστήματα θα χρειάζονταν μια εξαιρετική – και ανέφικτη – ποσότητα ενέργειας. Η χρήση του φωτός θα ήταν επομένως πολύ λιγότερο ενεργοβόρα. Τα φωτόνια είναι επίσης άμαζα και δεν εκπέμπουν θερμότητα με τον ίδιο τρόπο που εκπέμπουν τα ηλεκτρόνια που φέρουν ηλεκτρικό φορτίο.
Σχεδιάζοντας το τσιπ τους, οι επιστήμονες έθεσαν ως στόχο να κατασκευάσουν μια πλατφόρμα βασισμένη στο φως που θα μπορούσε να εκτελεί υπολογισμούς γνωστούς ως πολλαπλασιασμούς διανυσματικών πινάκων. Πρόκειται για μία από τις βασικές μαθηματικές πράξεις που χρησιμοποιούνται για την εκπαίδευση νευρωνικών δικτύων – μοντέλα μηχανικής μάθησης που είναι διατεταγμένα έτσι ώστε να μιμούνται την αρχιτεκτονική του ανθρώπινου εγκεφάλου. Εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης όπως το ChatGPT και το Gemini της Google εκπαιδεύονται με αυτόν τον τρόπο.
Αντί να χρησιμοποιήσουν ένα πλακίδιο πυριτίου ομοιόμορφου ύψους για τον ημιαγωγό, όπως κάνουν τα συμβατικά τσιπ πυριτίου, οι επιστήμονες έκαναν το πυρίτιο λεπτότερο – αλλά μόνο σε συγκεκριμένες περιοχές.
“Αυτές οι μεταβολές στο ύψος – χωρίς την προσθήκη άλλων υλικών – παρέχουν ένα μέσο ελέγχου της διάδοσης του φωτός μέσα στο τσιπ, καθώς οι μεταβολές στο ύψος μπορούν να κατανεμηθούν ώστε να προκαλέσουν τη διασπορά του φωτός σε συγκεκριμένα μοτίβα, επιτρέποντας στο τσιπ να εκτελεί μαθηματικούς υπολογισμούς με την ταχύτητα του φωτός”, ανέφερε σε ανακοίνωσή του ο συν-επικεφαλής συγγραφέας Nader Engheta, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια.