W przełomowym osiągnięciu dla sprzętu sztucznej inteligencji naukowcy wykazali, że włókna szklane mogą zastąpić krzem jako podstawę dla kolejnej generacji systemów przetwarzania AI.
Wspólne zespoły badawcze z Uniwersytetu w Tampere (Finlandia) oraz Uniwersytetu Marii i Ludwika Pasteura (Francja) z powodzeniem udowodniły, że intensywne impulsy laserowe przesyłane przez ultracienkie włókna szklane są w stanie wykonywać obliczenia podobne do AI z niespotykaną dotąd szybkością. Ich praca, opublikowana w czasopiśmie Optics Letters, prezentuje nową architekturę obliczeniową znaną jako Extreme Learning Machine (ELM), inspirowaną sieciami neuronowymi.
"Zamiast wykorzystywać konwencjonalną elektronikę i algorytmy, obliczenia realizowane są dzięki nieliniowej interakcji między intensywnymi impulsami światła a szkłem" – wyjaśniają dr Mathilde Hary i dr Andrei Ermolaev, którzy kierowali badaniami. Naukowcy użyli femtosekundowych impulsów laserowych – miliard razy krótszych niż błysk aparatu – skupionych na obszarze mniejszym niż ułamek ludzkiego włosa, aby zademonstrować swój optyczny system ELM.
Takie podejście oferuje znaczące korzyści w porównaniu z tradycyjnymi obliczeniami elektronicznymi. Podczas gdy konwencjonalna elektronika zbliża się do granic możliwości pod względem przepustowości, szybkości przesyłu danych i zużycia energii, włókna optyczne mogą przetwarzać sygnały wejściowe tysiące razy szybciej oraz wzmacniać drobne różnice poprzez nieliniowe interakcje, czyniąc je łatwiej wykrywalnymi.
Konsekwencje dla AI są ogromne. Wraz ze wzrostem rozmiarów i zapotrzebowania na energię przez modele AI, ograniczenia przetwarzania elektronicznego stają się coraz bardziej widoczne. Obliczenia optyczne mogą stanowić rozwiązanie, radykalnie zwiększając prędkość przetwarzania przy jednoczesnym potencjalnym obniżeniu zużycia energii – co jest kluczowe w miarę rozwoju systemów AI.
"Łącząc fizykę i uczenie maszynowe, otwieramy nowe ścieżki do ultraszybkiego i energooszczędnego sprzętu AI" – mówi profesor Goëry Genty, jeden z liderów badań. Zespół zamierza w przyszłości opracować zintegrowane systemy optyczne na chipie, które będą mogły działać w czasie rzeczywistym i poza laboratorium.
Badania, finansowane przez Fińską Radę ds. Badań Naukowych, Francuską Narodową Agencję Badawczą oraz Europejską Radę ds. Badań Naukowych, wskazują na potencjalne zastosowania od przetwarzania sygnałów w czasie rzeczywistym, przez monitoring środowiska, po ultraszybkie wnioskowanie AI. W obliczu zbliżania się tradycyjnych obliczeń krzemowych do granic fizycznych, ten przełom w dziedzinie obliczeń optycznych może wyznaczyć przyszłość technologii przetwarzania AI.