Рачунари који користе светлост уместо кола за извођење прорачуна могу звучати као тачка заплета из епизоде Звезданих стаза, али истраживачи годинама раде на овом новом приступу рачунарству.
Зову се оптички рачунари, а лабораторије широм света истражују како би могли бити корисни у свакодневном животу.
У среду је тим истраживача из Пенн Стејта објавио папир у часопису Сциенце Адванцес који испитује како би оптичко рачунарство могло да смањи потрошњу енергије система вештачке интелигенције.
Ксингјие Нипрофесор инжењеринга у Пенн Стате-у и један од аутора рада, рекао је за ЦНЕТ да је рад доказ концепта о томе како би оптичко рачунарство могло користити брзорастућој АИ индустрији у будућности.
„Понекад напредак долази од преиспитивања познате физике са новим циљем“, рекао је Ни. „Поновним разматрањем класичних идеја у оптици кроз сочиво савремених изазова АИ, можемо отворити практичне нове правце за бржи, зеленији рачунарски хардвер.“
Поверинг АИ
Како се АИ све више усваја за рад и кућну употребу, питање трошкова енергије АИ је релевантно. Толико је рачунарске снаге потребно за покретање АИ производа и услуга као што је ЦхатГПТ, а много енергије се троши у том процесу.
Можда живите у граду или близу њега у којем технолошка компанија планира да изгради дата центар, или би се ваш месечни рачун за комуналне услуге могао повећати због веће потражње у локалној електричној мрежи.
Међународна агенција за енергију процене да су дата центри чинили око 1,5% глобалне потрошње енергије у 2024. и да се ова цифра повећавала за 12% годишње у претходних пет година. ИЕА такође процене да би потрошња енергије центра података могла да се удвостручи до 2030.
Због тога је коришћење алтернативног рачунарског метода за смањење потрошње АИ атрактивна перспектива.
Брзина светлости
Оптички рачунари – рачунари који користе светлост уместо електричне енергије – и даље углавном постоје у категорији технолошке индустрије, где су годинама далеко од комерцијалне употребе. Они су били концепт од 1960-их годинаса коренима оптичке обраде информација које сежу много даље.
Прави оптички рачунари су углавном гурнути у истраживачке лабораторије. Али оптички пренос података, који брзо преноси податке путем светлосних импулса, данас се користи у неким великим центрима података и за пренос од земље до авиона.
Ипак, коришћење оптичког рачунарства у вештачкој интелигенцији је нова област проучавања. Постоје стварни изазови у добијању светлости да сарађује како би могао да обавља функције које захтевају неуронске мреже, што је подскуп вештачке интелигенције која се користи у производима као што су данашњи цхатботови.
У суштини, светлост се природно креће праволинијски. Да бисте направили рачунар који може да обрађује податке, потребан вам је оптички систем који производи нелинеарне функције. Да би оптички рачунари то урадили, често су им потребни други материјали који могу бити тешки за производњу и који троше много енергије.
„Права оптичка нелинеарност је обично слаба и тешко доступна – често захтева ласере велике снаге или специјализоване материјале, што додаје сложеност и може поткопати предност оптике у погледу енергетске ефикасности“, рекао је Ни. „Наш приступ избегава те захтеве док и даље пружа перформансе које су упоредиве са нелинеарним дигиталним мрежама.
Бесконачно огледало
Истраживачи из Пенн Стате-а пронашли су занимљиво решење које би могло да помогне оптичким рачунарима да изводе нелинеарне функције које су боље прилагођене врсти обраде података АИ потребама.
Прототип који је тим направио користи подешавање „бесконачног огледала“ које петља „сићушне оптичке елементе, кодирајући податке директно у снопове светлости“, стварајући нелинеарну везу током времена. Затим се светлосни обрасци снимају микроскопском камером.
„Кључни закључак је да пажљиво дизајнирана оптичка структура може произвести нелинеарно понашање улазно-излазних сигнала које је потребно АИ без ослањања на јаке нелинеарне материјале или ласере велике снаге“, рекао је Ни. „Пуштајући светлости да ‘одјекује’ кроз систем, ми генеришемо ово нелинеарно мапирање док хардвер остаје једноставан, мале снаге и брз.“
Слика (горе) показује како је светлост фокусирана у малу процесорску јединицу, омогућавајући пренос огромних низова рачунарских информација без употребе енергетски интензивних кола. Друга слика (испод) илуструје како концептуално функционише тимски процес. Улаз светлости се више пута рефлектује кроз сочива и друге оптичке уређаје, кодира се сложеним низовима информација и коначно фокусира у камеру која даје поједностављени излаз.
То је занимљив концепт, али претварање прототипа у систем са апликацијама из стварног света захтеваће много више времена, рада и новца.
Од лабораторије до центра података
Ни признаје да смо још годинама удаљени од оптичких рачунара са вештачком интелигенцијом.
„Реални рок за достизање прототипа за индустрију и раних демонстрација је око две до пет година, у зависности од нивоа улагања и циљане примене“, рекао је он.
Без обзира на то, то је врућа тема у свету рачунарства. Францесца Пармигианиглавни менаџер истраживања у Мицрософт Ресеарцх-у, рекао је за ЦНЕТ да би оптички чипови једног дана могли да раде заједно са традиционалним ГПУ-има како би помогли АИ системима да обављају специфичне задатке.
„Оптичко рачунарство има потенцијал да ефикасно изведе много више операција паралелно и при знатно већим брзинама од конвенционалног дигиталног хардвера“, рекао је Пармигиани. „Ово се може претворити у значајне добитке у енергетској ефикасности и смањење латенције за радна оптерећења.“
Традиционални рачунари које користимо за АИ неће ускоро бити замењени оптичким рачунарима. Али за неколико година, могуће је да се оптички рачунари интегришу у системе вештачке интелигенције да би радили са обичним рачунарима.
„Циљ је хибридни приступ: електроника и даље управља рачунарством опште намене, меморијом и контролом, док оптика може да убрза специфичне прорачуне великог обима који доминирају у трошковима времена и енергије АИ“, рекао је Ни.
