Tietotekniikan kehityksessä on otettu merkittävä harppaus eteenpäin, kun eurooppalaiset tutkijat ovat onnistuneet osoittamaan, kuinka sähkövirran sijaan valoa voidaan hyödyntää tekoälylaskennan suorittamiseen ennennäkemättömällä nopeudella.
Suomessa Tampereen yliopiston tohtori Mathilde Haryn ja Ranskan Université Marie et Louis Pasteurin tohtori Andrei Ermolaevin johtama uraauurtava tutkimus osoittaa, kuinka voimakkaat laserpulssit ultraohuissa lasikuiduissa voivat jäljitellä tekoälyn tiedonkäsittelyä – tuhansia kertoja nopeammin kuin perinteiset elektroniset järjestelmät.
Tutkijat hyödynsivät Extreme Learning Machine (ELM) -nimistä laskenta-arkkitehtuuria, joka pohjautuu neuroverkkoihin. Menetelmässä hyödynnetään voimakkaiden valopulssien ja lasin välistä epälineaarista vuorovaikutusta monimutkaisten laskutoimitusten suorittamiseen. Kun järjestelmää testattiin MNIST-käsinkirjoitettujen numeroiden tietoaineistolla, optinen järjestelmä saavutti vaikuttavat tarkkuusprosentit: yli 91 % poikkeavan dispersiotilan ja 93 % normaalin dispersiotilan olosuhteissa.
"Tämä työ osoittaa, kuinka perustutkimus epälineaarisessa kuituoptiikassa voi avata uusia lähestymistapoja laskentaan", selittivät tutkimusta ohjanneet professorit Goëry Genty ja John M. Dudley. "Yhdistämällä fysiikkaa ja koneoppimista avaamme uusia polkuja ultranopeaan ja energiatehokkaaseen tekoälylaitteistoon."
Innovaatio vastaa perinteisen elektroniikan kriittisiin rajoitteisiin, jotka liittyvät kaistanleveyteen, tiedonsiirtonopeuteen ja energiankulutukseen. Tekoälymallien koon kasvaessa eksponentiaalisesti – OpenAI:n tutkimuksen mukaan kaksinkertaistuen noin 3,5 kuukauden välein – energiantarve niiden koulutukseen ja käyttöön on käymässä kestämättömäksi.
Valopohjaisen laskennan mahdollisia sovelluksia ovat muun muassa reaaliaikainen signaalinkäsittely, ympäristön seuranta ja nopea tekoälypäättely. Tutkijat tähtäävät lopulta sirutason optisiin järjestelmiin, jotka voivat toimia reaaliajassa laboration ulkopuolella – mahdollisesti mullistaen datakeskukset, autonomiset ajoneuvot ja muut tekoälyintensiiviset sovellukset.
Hanketta rahoittavat Suomen Akatemia, Ranskan kansallinen tutkimusvirasto ja Euroopan tutkimusneuvosto. Projekti edustaa perustavanlaatuista muutosta laskentaparadigmoissa, mikä voi auttaa ratkaisemaan tekoälylaskennan kasvavaa energiakriisiä ja samalla mahdollistaa entistä tehokkaammat ja reagoivammat tekoälyjärjestelmät.