Czy komputery przyszłości będą przesyłać informacje z prędkością światła?
Wraz z rozwojem sektora sztucznej inteligencji oraz Big Data rośnie zapotrzebowanie na komputery o wysokiej mocy obliczeniowej. Ponieważ urządzenia oparte na architekturze krzemowej stanowią przeszkodę na drodze do skalowania rozwiązań tego typu, przyszłość może należeć do układów fotonicznych.
Branża technologiczna poszukuje rozwiązań, które pozwolą szybciej i sprawniej przetwarzać duże zasoby informacji. Z pomocą mogą przyjść nie tylko komputery kwantowe, lecz także układy fotoniczne wykorzystujące do przesyłania informacji wiązkę światła, a nie sygnał elektryczny.
Zaawansowane systemy sztucznej inteligencji oraz algorytmy analizy Big Data wymagają technologii zdolnej do przetwarzania dużych zasobów informacji przy niskim nakładzie energetycznym oraz wysokiej wydajności. W odpowiedzi na rozwój tego sektora gospodarki inżynierowie Google opracowali specjalizowane układy scalone Tensor Processing Unit przystosowane do pracy w głębokich sieciach neuronowych oraz systemach uczenia maszynowego. Jednak nawet tak wyspecjalizowane jednostki mogą okazać się niewystarczające do stworzenia wydajnych sieci neuronowych nowej generacji z powodu zbyt archaicznej architektury bazującej na rozwiązaniach krzemowych.
Naukowcy z George Washington University znaleźli sposób na znaczące przyspieszenie wyspecjalizowanych układów obliczeniowych.
– Odkryliśmy, że zintegrowane platformy fotoniczne, które integrują wydajną pamięć optyczną, mogą uzyskiwać te same operacje, co jednostka przetwarzająca tensor, ale zużywają one ułamek mocy i mają wyższą przepustowość, a po odpowiednim wytrenowaniu mogą być używane do wykonywania wnioskowania z prędkością światła – podkreśla Mario Miscuglio, adiunkt na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Uniwersytetu George’a Washingtona.
Na łamach magazynu „Applied Physics Reviews” zaproponowali skonstruowanie sieci neuronowej, która przesyłałaby informacje za pośrednictwem wiązki światła, a nie impulsu elektrycznego. Fotoniczne TPU miałoby umożliwić symultaniczne gromadzenie, przesyłanie i przetwarzanie danych. Wdrożenie nowej architektury pozwoliłoby dwu–trzykrotnie zwiększyć przepustowość komputerów pracujących w ramach sieci neuronowych.
– Wyspecjalizowane procesory fotoniczne mogą zaoszczędzić ogromne ilości energii, skrócić czas reakcji i zmniejszyć ruch w centrum danych – przekonuje Mario Miscuglio.
Technologia fotonicznego przetwarzania danych jest jednak dopiero we wczesnej fazie rozwoju. Choć dysponujemy światłowodami zdolnymi do przesyłania danych w formie wiązki światła, do stworzenia komputera optycznego potrzebne są jeszcze układy optyczne przystosowane do fotonicznego przetwarzania informacji.
Ważny krok na drodze do urzeczywistnienia tej technologii wykonali naukowcy z IBM Research Zurich, którzy w 2019 r. zaprezentowali optyczny tranzystor organiczny, przetwarzający dane z 1000-krotnie wyższą prędkością niż układy krzemowe. Wstępne eksperymenty wykazały, że tranzystory tego typu mogą pracować z częstotliwością dochodzącą do teraherca. Do upowszechnienia technologii tego typu niezbędne jest jednak zminiaturyzowanie układu fotonicznego – tranzystor IBM Research Zurich jest 1000-krotnie większy niż współczesne tranzystory krzemowe.
Źródło: Newseria; źródło zdjęcia: Pixabay – geralt
