Chip AI mniejszy niż ziarnko soli wykorzystuje światło do dekodowania danych

Zdjęcie: pochodzące z mediów społecznościowych

Chip sztucznej inteligencji mniejszy niż ziarnko soli może być umieszczony na końcu światłowodu, wykorzystując przy tym fizykę światła do przetwarzania informacji przepływających przez włókno światłowodowe oraz zużywając podczas tego procesu znacznie mniej energii i mocy obliczeniowej niż typowe techniki sztucznej inteligencji.

Światłowody potrafią przenosić dane z prędkością światła, ale dekodowanie tych sygnałów świetlnych zwykle odbywa się na wolniejszym i bardziej energochłonnym zewnętrznym urządzeniu obliczeniowym. Nowy chip AI mógłby przetwarzać dane szybciej i zużywać przy tym mniej zasobów. Umożliwiałoby to wyprodukowanie takich rzeczy, jak prostsze urządzenia do obrazowania medycznego lub bardziej wydajne czipy dla przyszłego internetu kwantowego.

„Samo urządzenie można traktować jako pasywną, dobrze wyszkoloną sieć neuronową, która fizycznie manipuluje światłem w celu wykonywania obliczeń”, powiedział Haoyi Yu z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Szanghaju (USST) w Chinach.

Ten rodzaj opartej na świetle „dyfrakcyjnej sieci neuronowej” został po raz pierwszy opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) w 2018 roku. Yu i jego koledzy poszli o krok dalej, tworząc niezwykle małą wersję takiego chipu AI i umieszczając go na końcu światłowodu o szerokości ludzkiego włosa.

Chip może rekonstruować obrazy cyfr niewiele większych od ziarenka pyłku. Rekonstrukcja obrazu nie jest niczym nowym dla sztucznej inteligencji, ale rozmiar tego chipu zmniejszył potrzebne zasoby obliczeniowe do kilku tysięcznych ilości, z których zwykle korzysta sztuczna inteligencja.

„Taki chip AI może przetwarzać dane przepływające przez kable światłowodowe tak szybko, jak światło przemieszcza się przez jego warstwy, wykonując obliczenia w ciągu bilionowych części sekundy.” powiedział Ayadogan Ozcan z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. „Ogólnie rzecz biorąc, jestem podekscytowany i pozytywnie nastawiony do tej pracy — ma ona potencjał do powiększenia w skali [do szerszego wykorzystania]”.

Nadal istnieją pewne wyzwania. „Niewielkie niedoskonałości mogą prowadzić do zmian w wydajności każdego urządzenia” — oznajmił Ozcan. Wynika to częściowo z warstwowej struktury chipu i sposobu, w jaki naukowcy go wyprodukowali. Wyryli oni wzory manipulujące światłem na cienkich warstwach polimeru, starannie wyrównując każdą warstwę, a następnie integrując chip ze światłowodem. Ze względu na ten wieloetapowy proces trudno jest osiągnąć spójność i dokładność na każdym urządzeniu.

Stała fizyczna konstrukcja chipów oznacza również, że są one dostosowane do konkretnych zadań. „Wraz ze zmianą zadań lub zmianą systemu światłowodowego, należałoby opracować nowy projekt, który zostałby wyprodukowany i zintegrowany ze światłowodem.” — powiedział Ozcan.

Mimo to nie uważa on żadnego z tych wyzwań za główną przeszkodę na drodze do komercjalizacji. Praca jego własnej grupy sugeruje, że ten nowy rozwój może prowadzić do uproszczonych i bardziej wydajnych projektów endoskopowych urządzeń do obrazowania — maleńkich kamer w kształcie rurki, które są wprowadzane do ciała podczas niektórych badań medycznych.

„Chipy zintegrowane z włóknami mogą być również wykorzystywane w kwantowych chipach fotonicznych, które są zaprojektowane do kontrolowania i manipulowania światłem na poziomie kwantowym.”  — stwierdził Yu. Takie urządzenia mogą ostatecznie stanowić podstawę kwantowego internetu.