Umělá inteligence (AI) se rychle stává výkonnější a všudypřítomnější, ale tento růst je spojen s obrovskými náklady na energii. Datová centra již spotřebovávají asi 1,5 % světové energie a toto číslo roste o 12 % ročně. S tím, jak se modely umělé inteligence, jako je ChatGPT, stanou složitějšími, bude potřeba výpočetního výkonu – a tedy i elektřiny – jen narůstat. Vědci nyní zkoumají radikální alternativu: optické počítače, které k provádění výpočtů využívají místo elektřiny světlo.
Vyhlídky na optické počítače
Po desetiletí zůstaly optické výpočty převážně teoretické. Výzva spočívá v simulaci logických hradel tradičních počítačů pomocí fotonů místo elektronů. Na rozdíl od elektřiny se světlo přirozeně šíří v přímých liniích, což ztěžuje vytváření nelineárních funkcí potřebných pro komplexní zpracování dat.
Tým Penn State nedávno publikoval v časopise Science Advances studii, která nastínila potenciální průlom. Jejich přístup využívá nastavení „nekonečného zrcadla“ – smyčky optických prvků – ke kódování dat do paprsků světla, čímž se vytváří požadovaná nelineární odezva bez použití vysoce výkonných laserů nebo exotických materiálů. Systém zachycuje světelné vzory pomocí mikroskopické kamery a efektivně provádí výpočty relevantní pro umělou inteligenci.
Proč je to důležité?
Současná trajektorie spotřeby energie AI je neudržitelná. Expanze datových center již zatěžuje energetické sítě a dopad výroby elektřiny na životní prostředí je značný. Pokud se má umělá inteligence škálovat zodpovědně, potřebujeme efektivnější výpočetní metody.
Optické výpočty nabízejí slibnou cestu vpřed. Na rozdíl od elektrických obvodů mohou světelné systémy teoreticky pracovat s mnohem nižší spotřebou energie a zároveň poskytovat srovnatelný nebo dokonce lepší výkon.
„Hlavním zjištěním je, že pečlivě navržená optická struktura může vytvářet nelineární vstupně-výstupní chování požadované pro AI bez použití silných nelineárních materiálů nebo vysoce výkonných laserů,“ vysvětluje Xingjie Ni, profesor strojního inženýrství na Penn State.
Cesta vpřed: hybridní systémy
Navzdory pokroku se optické počítače nechystají v dohledné době nahradit tradiční křemíkové čipy. Technologie čelí výrobním výzvám a před praktickou aplikací vyžadují další vývoj. Odborníci předpokládají, že prototypy připravené k použití se objeví během dalších dvou až pěti let, v závislosti na financování a konkrétních aplikacích.
Nejpravděpodobnějším scénářem je hybridní přístup : integrace optických čipů se stávajícími grafickými procesory (GPU) pro urychlení výpočetně náročných úloh umělé inteligence. To umožní, aby elektronika zvládla obecné výpočty a optika zvládla zátěže náročné na spotřebu energie.
Francesca Parmigiani z Microsoft Research poznamenává, že optické výpočty „mají potenciál efektivně provádět mnohem více operací paralelně a při výrazně vyšších rychlostech než tradiční digitální hardware“. Chene Tradonski, spoluzakladatel LightSolver, zdůrazňuje, že energetická účinnost již není při vývoji umělé inteligence dodatečným nápadem.
Optické výpočty v konečném důsledku představují důležitý krok směrem k udržitelnější budoucnosti umělé inteligence. Navzdory zbývajícím výzvám potenciální výhody – nižší spotřeba energie, rychlejší zpracování a nižší náklady – činí z této oblasti oblast, kterou stojí za to sledovat.
