In che modo i computer alimentati dalla luce possono aiutare a risolvere il problema energetico dell’intelligenza artificiale

I computer che utilizzano la luce invece dei circuiti per eseguire calcoli potrebbero sembrare la trama di un episodio di Star Trek, ma i ricercatori lavorano da anni su questo nuovo approccio ai computer.

Questi sono chiamati computer ottici e i laboratori di tutto il mondo stanno studiando come potrebbero essere utili nella vita quotidiana.

Mercoledì, un team di ricercatori della Penn State ha pubblicato: una carta nella rivista Science Advances, che esamina come il calcolo ottico può ridurre il consumo energetico dei sistemi di intelligenza artificiale.

Xingjie NiUn professore di ingegneria alla Penn State e uno degli autori dell’articolo, Penn State, ha dichiarato a CNET che lo studio è una prova di come il calcolo ottico potrebbe avvantaggiare il settore in rapida crescita dell’intelligenza artificiale in futuro.

“A volte il progresso deriva dal ripensare la fisica familiare con un nuovo obiettivo”, ha detto Ni. “Rivisitando le idee classiche dell’ottica attraverso la lente delle moderne sfide dell’intelligenza artificiale, possiamo aprire nuove direzioni pratiche per un hardware informatico più veloce e più ecologico”.

Potenziare l’intelligenza artificiale

Poiché l’intelligenza artificiale viene sempre più adottata nell’uso aziendale e domestico, anche la questione dei costi energetici dell’intelligenza artificiale diventa importante. L’esecuzione di prodotti e servizi IA come ChatGPT richiede molta potenza di calcolo e consuma molta energia nel processo.

Potresti vivere in una città o nelle sue vicinanze in cui un’azienda tecnologica sta progettando di costruire un data center, oppure la tua bolletta elettrica mensile potrebbe aumentare a causa dell’aumento della domanda sulla rete elettrica locale.

Agenzia internazionale per l’energia previsioni I data center rappresentavano circa l’1,5% del consumo energetico globale nel 2024, una cifra che era aumentata del 12% annuo nei cinque anni precedenti. Anche l’AIE previsioni Il consumo energetico dei data center potrebbe raddoppiare entro il 2030.

Pertanto, l’utilizzo di un metodo di calcolo alternativo per ridurre l’energia consumata dall’intelligenza artificiale è una possibilità interessante.

velocità della luce

I computer ottici (computer che utilizzano la luce anziché l’elettricità) rientrano per lo più nella categoria “chiaro di luna” dell’industria tecnologica e sono lontani anni dall’uso commerciale. Sono diventati un concetto dagli anni ’60Le radici dell’elaborazione ottica delle informazioni risalgono a molto più lontano.

I veri computer ottici sono stati per lo più relegati ai laboratori di ricerca. Ma il trasferimento ottico dei dati, che trasmette rapidamente i dati tramite impulsi di luce, viene ora utilizzato in alcuni grandi data center e per i trasferimenti terra-aereo.

Tuttavia, l’uso del calcolo ottico nell’intelligenza artificiale è un campo di studio emergente. Fare in modo che la luce cooperi per eseguire le funzioni richieste dalle reti neurali, un sottoinsieme dell’intelligenza artificiale utilizzato in prodotti come i chatbot di oggi, rappresenta una vera sfida.

Fondamentalmente, la luce si muove naturalmente in linea retta. Per costruire un computer in grado di elaborare dati, è necessario un sistema ottico che produca funzioni non lineari. Affinché i computer ottici possano fare ciò, sono spesso necessari altri materiali, che possono essere difficili da produrre e consumare molta energia.

“La vera non linearità ottica è spesso debole e di difficile accesso, spesso richiede laser ad alta potenza o materiali speciali, il che aumenta la complessità e può minare il vantaggio di efficienza energetica dell’ottica”, ha affermato Ni. “Il nostro approccio elimina questi requisiti garantendo comunque prestazioni paragonabili alle reti digitali non lineari”.

specchio infinito

I ricercatori della Penn State hanno trovato una soluzione interessante che potrebbe aiutare i computer ottici a eseguire funzioni non lineari più adatte al tipo di elaborazione dei dati di cui l’IA ha bisogno.

Il prototipo creato dal team utilizza una configurazione di “specchio infinito” che “avvolge minuscoli elementi ottici, codificando i dati direttamente in raggi di luce”, creando una relazione non lineare nel tempo. I modelli di luce vengono quindi catturati con una fotocamera microscopica.

“Il punto chiave è che una struttura ottica attentamente progettata può produrre il comportamento input-output non lineare necessario all’intelligenza artificiale senza fare affidamento su materiali fortemente non lineari o laser ad alta potenza”, ha affermato Ni. “Consentendo alla luce di ‘echeggiare’ in tutto il sistema, produciamo questa mappatura non lineare mantenendo l’hardware semplice, a basso consumo e veloce.”

È un concetto interessante, ma trasformare il prototipo in un sistema con applicazioni nel mondo reale richiederà molto più tempo, lavoro e denaro.

Dal laboratorio al data center

Ni concorda sul fatto che siamo ancora lontani anni dai computer ottici AI.

“Una tempistica realistica per realizzare un prototipo e le prime dimostrazioni per l’industria è di circa due-cinque anni, a seconda del livello di investimento e dell’applicazione target”, ha affermato.

Tuttavia, è un argomento caldo nel mondo informatico. Francesca ParmigianiIl responsabile della ricerca di Microsoft Research ha dichiarato a CNET che i chip ottici potrebbero un giorno funzionare insieme alle GPU tradizionali per aiutare i sistemi di intelligenza artificiale a svolgere determinati compiti.

“Il calcolo ottico ha il potenziale per eseguire in modo efficiente molte più operazioni in parallelo e a velocità significativamente più elevate rispetto all’hardware digitale tradizionale”, ha affermato Parmigiani. ha detto. “Ciò potrebbe significare miglioramenti significativi in ​​termini di efficienza energetica e riduzioni dei ritardi del carico di lavoro”.

I computer tradizionali che utilizziamo per l’intelligenza artificiale non saranno sostituiti presto dai computer ottici. Tuttavia, entro pochi anni, sarà possibile integrare i computer ottici nei sistemi di intelligenza artificiale per funzionare con i normali computer.

“L’obiettivo è un approccio ibrido: mentre l’elettronica gestisce ancora l’elaborazione, la memoria e il controllo per scopi generici, l’ottica può accelerare alcuni calcoli ad alto volume che dominano il tempo e il costo energetico dell’intelligenza artificiale”, ha affermato Ni.