Новый компьютер использует свет, а не электричество: эра оптической информатики уже близко

Команда ученых из Массачусетского технологического института (MIT) представила компьютерную систему, основанную на движении света, а не электронов, в которой для расчётов используются сотни микролазеров. Технология обещает улучшить эффективность машинного обучения (Machine Learning, ML) на порядки, сокращая при этом энергопотребление.

По результатам эксперимента, новая система демонстрирует улучшение энергоэффективности более чем в 100 раз и повышение вычислительной плотности – показателя мощности системы – в 25 раз в сравнении с текущими высокотехнологичными цифровыми компьютерами для машинного обучения.

a. Предлагаемая архитектура с трехмерной связью и фотонной интеграцией. Центр (синий) используется как аксон, а остальные (красные) — как весовые лазеры VCSEL. Аксонный пучок разветвляется на копии; d. Изготовленные массивы VCSEL 5x5, соединенные проволокой, на кремниевой подложке.

Ученые считают, что новая технология открывает путь к созданию крупномасштабных оптоэлектронных процессоров для ускорения задач машинного обучения - от дата-центров до децентрализованных периферийных устройств. Такой подход позволит включать в качестве «мозгов» даже смартфоны.

Авторы исследования подчёркивают, что новая система может быть масштабирована для коммерческого использования в ближайшие годы, поскольку ее компоненты создаются с использованием уже существующих технологий.

По словам учёных, текущие суперкомпьютеры ограничивают размеры ML-моделей, что делает их обучение экономически невыгодным. Новая технология позволит перепрыгнуть этот барьер и создать модели, которые иначе были бы недостижимы в ближайшем будущем.

«Мы не знаем, каковы будут возможности следующего поколения ChatGPT, если он будет в 100 раз мощнее, но именно это открытие позволяет существовать такой технологии», - отметили исследователи.

В разработке новой системы учёные использовали массивы вертикальных лазеров с поверхностным излучением (Vertical Surface-Emitting Lasers, VCSEL), инновационную технологию, которую уже применяют в таких областях, как дистанционное обнаружение с помощью LiDAR и лазерная печать.

Эксперты подчеркивают потенциал технологии для ускорения крупномасштабных, дорогостоящих систем ИИ, наподобие моделей «GPT» вроде ChatGPT. На работу уже подана заявка на патент.