Штучний інтелект (ІІ) стрімко стає потужнішим і всепроникним, але це зростання тягне у себе величезні енергетичні витрати. Дата-центри вже споживають близько 1,5% світової енергії і ця цифра зростає на 12% щорічно. У міру того, як моделі ІІ, такі як ChatGPT, стають складнішими, потреба в обчислювальній потужності — і, відповідно, в електроенергії — лише зростатиме. Дослідники тепер вивчають радикальну альтернативу: оптичні комп’ютери, які використовують світло замість електрики для виконання обчислень.
Перспективи оптичних обчислень
Протягом десятиліть оптичні обчислення залишалися здебільшого теоретичними. Складність полягає у імітації логічних елементів традиційних комп’ютерів за допомогою фотонів замість електронів. На відміну від електрики, світло природним чином рухається прямими лініями, що ускладнює створення нелінійних функцій, необхідних для складної обробки даних.
Команда зі штату Пенсільванія нещодавно опублікувала дослідження в журналі Science Advances, в якому виклала потенційний прорив. Їх підхід використовує установку як «нескінченного дзеркала» — петлю з оптичних елементів — для кодування даних у світлові промені, створюючи необхідну нелінійну реакцію без використання потужних лазерів чи екзотичних матеріалів. Система захоплює світлові візерунки з допомогою мікроскопічної камери, ефективно виконуючи обчислення, релевантні ІІ.
Чому це важливо
Сучасна траєкторія споживання енергії ІІ нестійка. Розширення дата-центрів вже створює навантаження на електромережі, а вплив виробництва електроенергії на довкілля значно. Якщо ІІ має масштабуватися відповідально, нам потрібні ефективніші методи обчислень.
Оптичні обчислення пропонують перспективний шлях уперед. На відміну від електричних схем, системи на основі світла “теоретично” можуть працювати при набагато нижчому енергоспоживання, забезпечуючи при цьому порівнянну або навіть більшу продуктивність.
«Головний висновок полягає в тому, що ретельно спроектована оптична структура може виробляти нелінійну поведінку вхід-вихід, необхідну ІІ, без використання сильних нелінійних матеріалів або потужних лазерів», — пояснює Сінцзе Ні, професор машинобудування зі штату Пенсільванія.
Шлях вперед: гібридні системи
Незважаючи на прогрес, оптичні комп’ютери не мають наміру замінити традиційні кремнієві чіпи найближчим часом. Технології стикаються з виробничими проблемами та вимагають подальшого доопрацювання перед практичним застосуванням. Експерти прогнозують, що готові до застосування прототипи з’являться ще через два-п’ять років, за умови фінансування та конкретних сфер застосування.
Найімовірнішим сценарієм є гібридний підхід : інтеграція оптичних чіпів з існуючими графічними процесорами (GPU) для прискорення ресурсомістких завдань ІІ. Це дозволить електроніці обробляти загальні обчислення, а оптиці – енергоємні робочі навантаження.
Франческа Парміджані з Microsoft Research зазначає, що оптичні обчислення «мають потенціал для ефективного виконання набагато більшої кількості операцій паралельно та з значно вищою швидкістю, ніж традиційне цифрове обладнання». Чене Традонські, співзасновник LightSolver, наголошує, що енергоефективність більше не є другорядним завданням у розробці ІІ.
Зрештою, оптичні обчислення є важливим кроком до більш стійкого майбутнього для ІІ. Незважаючи на проблеми, що зберігаються, потенційні переваги — зниження енергоспоживання, швидша обробка та зниження витрат — роблять цю галузь гідною уваги.
