Забудьте об электронах. Ученые создали световые чипы для энергоэффективного искусственного интеллекта
В течение десятилетий вычислительная техника, включая смартфоны и системы искусственного интеллекта, полностью полагалась на потоки электронов. Однако стремительный рост требований к мощности ИИ обнажил серьезные ограничения электронного оборудования: при движении через полупроводники электроны сталкиваются с сопротивлением, из-за чего выделяется большое количество тепла и теряется энергия.
Группа физиков из Пенсильванского университета нашла способ решить эту проблему с помощью фотонов — частиц света. Свет прекрасно подходит для сверхбыстрой передачи данных, но из-за отсутствия заряда фотоны почти не взаимодействуют между собой, что делает невозможным логическое переключение сигналов, необходимое для вычислений. Чтобы обойти это ограничение, исследователи разработали особую квазичастицу — экситон-поляритон. Она образуется, когда фотоны прочно связываются с электронами внутри атомарно тонкого полупроводникового материала, позволяя свету эффективно выполнять вычислительные задачи.
Этот прорыв имеет колоссальное значение для современного ИИ, который потребляет огромное количество электричества. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, продемонстрировали, что использование экситон-поляритонов позволяет осуществлять переключение исключительно с помощью света. При этом расходуется лишь около 4 квадриллионных частей джоуля энергии, что является ничтожно малым показателем.
Сегодня большинство экспериментальных фотонных чипов вынуждены преобразовывать световые сигналы обратно в электронные для выполнения операций по принятию решений, что существенно замедляет процессы. Новая технология позволяет избежать этих барьеров. В случае успешного масштабирования разработка приведет к созданию чипов, способных обрабатывать визуальную информацию с камер напрямую.
Это не только снизит энергетические затраты гигантских дата-центров ИИ, но и заложит основу для развития квантовых вычислений будущего.