Искусственный интеллект (ИИ) стремительно становится мощнее и всепроникающим, но этот рост влечет за собой огромные энергетические издержки. Дата-центры уже потребляют около 1,5% мировой энергии, и эта цифра растет на 12% ежегодно. По мере того как модели ИИ, такие как ChatGPT, становятся сложнее, потребность в вычислительной мощности — и, соответственно, в электроэнергии — будет только возрастать. Исследователи теперь изучают радикальную альтернативу: оптические компьютеры, которые используют свет вместо электричества для выполнения вычислений.
Перспективы оптических вычислений
В течение десятилетий оптические вычисления оставались в основном теоретическими. Сложность заключается в имитации логических элементов традиционных компьютеров с помощью фотонов вместо электронов. В отличие от электричества, свет естественным образом движется по прямым линиям, что затрудняет создание нелинейных функций, необходимых для сложной обработки данных.
Команда из штата Пенсильвания недавно опубликовала исследование в журнале Science Advances, в котором изложила потенциальный прорыв. Их подход использует установку в виде «бесконечного зеркала» — петлю из оптических элементов — для кодирования данных в световые лучи, создавая необходимую нелинейную реакцию без использования мощных лазеров или экзотических материалов. Система захватывает световые узоры с помощью микроскопической камеры, эффективно выполняя вычисления, релевантные для ИИ.
Почему это важно
Современная траектория потребления энергии ИИ неустойчива. Расширение дата-центров уже создает нагрузку на электросети, а воздействие производства электроэнергии на окружающую среду значительно. Если ИИ должен масштабироваться ответственно, нам нужны более эффективные методы вычислений.
Оптические вычисления предлагают перспективный путь вперед. В отличие от электрических схем, системы на основе света теоретически могут работать при гораздо более низком энергопотреблении, обеспечивая при этом сопоставимую или даже превосходящую производительность.
«Главный вывод заключается в том, что тщательно спроектированная оптическая структура может производить нелинейное поведение вход-выход, необходимое для ИИ, без использования сильных нелинейных материалов или мощных лазеров», — объясняет Синцзе Ни, профессор машиностроения из штата Пенсильвания.
Путь вперед: гибридные системы
Несмотря на прогресс, оптические компьютеры не собираются заменить традиционные кремниевые чипы в ближайшее время. Технологии сталкиваются с производственными проблемами и требуют дальнейшей доработки перед практическим применением. Эксперты прогнозируют, что готовые к применению прототипы появятся еще через два-пять лет, при условии финансирования и конкретных областей применения.
Наиболее вероятным сценарием является гибридный подход : интеграция оптических чипов с существующими графическими процессорами (GPU) для ускорения ресурсоемких задач ИИ. Это позволит электронике обрабатывать общие вычисления, а оптике — энергоемкие рабочие нагрузки.
Франческа Пармиджани из Microsoft Research отмечает, что оптические вычисления «имеют потенциал для эффективного выполнения гораздо большего числа операций параллельно и с значительно более высокой скоростью, чем традиционное цифровое оборудование». Чене Традонски, соучредитель LightSolver, подчеркивает, что энергоэффективность больше не является второстепенной задачей в разработке ИИ.
В конечном итоге, оптические вычисления представляют собой важный шаг к более устойчивому будущему для ИИ. Несмотря на сохраняющиеся проблемы, потенциальные преимущества — снижение энергопотребления, более быстрая обработка и снижение затрат — делают эту область достойной внимания.
