W znaczącym kroku naprzód dla technologii komputerowych, europejscy naukowcy z powodzeniem wykazali, że światło – zamiast elektryczności – może być wykorzystane do wykonywania obliczeń sztucznej inteligencji z niespotykaną dotąd prędkością.
Przełomowe badania, prowadzone przez dr Mathilde Hary z fińskiego Uniwersytetu w Tampere oraz dr Andrieja Ermolaeva z francuskiego Uniwersytetu Marii i Ludwika Pasteura, pokazują, jak intensywne impulsy laserowe przesyłane przez ultracienkie włókna szklane mogą naśladować sposób przetwarzania informacji przez AI, lecz tysiące razy szybciej niż konwencjonalne systemy elektroniczne.
Naukowcy wykorzystali architekturę obliczeniową znaną jako Extreme Learning Machine (ELM), inspirowaną sieciami neuronowymi. Ich podejście polega na wykorzystaniu nieliniowej interakcji pomiędzy intensywnymi impulsami światła a szkłem do przeprowadzania złożonych obliczeń. Podczas testów na zbiorze danych MNIST (ręcznie pisane cyfry), ich system optyczny osiągnął imponującą dokładność przekraczającą 91% w reżimach dyspersji anomalnej oraz 93% w reżimach dyspersji normalnej.
„Nasza praca pokazuje, jak fundamentalne badania w dziedzinie nieliniowej optyki światłowodowej mogą napędzać nowe podejścia do obliczeń” – wyjaśniają profesorowie Goëry Genty i John M. Dudley, którzy nadzorowali badania. „Łącząc fizykę i uczenie maszynowe, otwieramy nowe ścieżki do ultraszybkiego i energooszczędnego sprzętu AI.”
Innowacja ta odpowiada na kluczowe ograniczenia tradycyjnej elektroniki, która zbliża się do swoich fizycznych granic pod względem przepustowości, wydajności przesyłu danych i zużycia energii. Wraz z wykładniczym wzrostem modeli AI – które według badań OpenAI podwajają swoją wielkość średnio co 3,5 miesiąca – zapotrzebowanie na energię do ich trenowania i działania staje się coraz mniej zrównoważone.
Potencjalne zastosowania tej technologii obliczeń opartych na świetle obejmują przetwarzanie sygnałów w czasie rzeczywistym, monitoring środowiskowy oraz ultraszybkie wnioskowanie AI. Naukowcy planują w przyszłości opracować zintegrowane systemy optyczne na chipie, które będą mogły działać w czasie rzeczywistym poza laboratorium, co może zrewolucjonizować centra danych, pojazdy autonomiczne i inne zastosowania wymagające intensywnych obliczeń AI.
Projekt, finansowany przez Fińską Radę ds. Badań Naukowych, Francuską Narodową Agencję Badawczą oraz Europejską Radę ds. Badań Naukowych, stanowi fundamentalną zmianę paradygmatu w dziedzinie obliczeń, która może pomóc rozwiązać narastający kryzys energetyczny związany z AI, a jednocześnie umożliwić powstawanie jeszcze potężniejszych i bardziej responsywnych systemów sztucznej inteligencji.