Современные системы искусственного интеллекта всё сильнее упираются в ограничения традиционной электроники. По мере роста моделей ИИ процессоры вынуждены передавать и обрабатывать колоссальные объёмы данных, что приводит к огромным потерям энергии и серьёзным проблемам с тепловыделением. Электроны, лежащие в основе классических вычислений со времён ENIAC, создают сопротивление и нагрев при движении по материалам, а дальнейшее масштабирование чипов становится всё сложнее.
Команда физиков под руководством Bo Zhen предложила альтернативу — использовать фотоны, частицы света, для выполнения вычислений. Свет способен передавать информацию значительно быстрее и с минимальными потерями энергии, однако у фотонов есть фундаментальная проблема: они почти не взаимодействуют друг с другом, из-за чего плохо подходят для логических операций и переключения сигналов, необходимых вычислительным системам.
Чтобы обойти это ограничение, исследователи создали так называемые экситон-поляритоны — гибридные квазичастицы, возникающие при сильном взаимодействии фотонов с электронами внутри сверхтонкого полупроводникового материала.
Эти частицы объединяют преимущества света и материи одновременно: они сохраняют высокую скорость передачи информации фотонами, но при этом способны взаимодействовать друг с другом гораздо сильнее, чем обычный свет. Именно это делает их перспективными для полностью фотонных вычислений.
На иллюстрации: свет соединяется с наномасштабной полостью и взаимодействует с атомарно тонким материалом, создавая экситон-поляритоны. Эти гибридные частицы сочетают скорость света с способностью материи взаимодействовать, обеспечивая оптическое переключение сигналов.
Сегодня многие ускорители ИИ уже используют оптические элементы для выполнения отдельных операций. Однако при реализации нелинейных функций активации — ключевых компонентов нейросетей — системе всё ещё приходится преобразовывать световые сигналы обратно в электрические. Такие постоянные переходы между фотонной и электронной обработкой снижают эффективность и увеличивают энергопотребление.
Команда Пенсильванского университета продемонстрировала полностью оптическое переключение на основе экситон-поляритонов с крайне низким энергопотреблением — около четырёх квадриллионных долей джоуля.
E ≈ 4 × 10–15J
Это на порядки меньше энергии, необходимой даже для кратковременного включения небольшого светодиода. По мнению исследователей, если технологию удастся масштабировать, будущие ИИ-чипы смогут напрямую обрабатывать световые сигналы от камер и сенсоров без постоянного преобразования в электричество.
Такой подход потенциально способен радикально снизить энергопотребление центров обработки данных и ускорителей ИИ, которые сегодня становятся одним из крупнейших источников роста энергозатрат в технологической отрасли. Кроме того, исследователи считают, что экситон-поляритоны могут в перспективе использоваться и для некоторых квантовых вычислительных операций на фотонных чипах.
Работа опубликована в журнале Physical Review Letters и отражает растущий интерес научного сообщества к посткремниевым вычислительным архитектурам, способным поддерживать дальнейшее развитие искусственного интеллекта без экспоненциального роста энергопотребления.
Источник: https://scitechdaily.com/light-matter-particles-could-revolutionize-ai-computing/Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
