Gli scienziati hanno fornito una nuova affascinante visione sui prossimi passi per sviluppare rapidamente, energia efficiente, futuri sistemi informatici che utilizzano la luce invece degli elettroni per elaborare e memorizzare le informazioni, incorporando hardware ispirato direttamente dal funzionamento del cervello umano.

Un team di scienziati, tra cui il Professor C. David Wright dell'Università di Exeter, ha esplorato il potenziale futuro dei sistemi informatici utilizzando la fotonica al posto dell'elettronica convenzionale.

L'articolo è pubblicato oggi (29 gennaio 2021) sulla prestigiosa rivista Fotonica della natura .

Lo studio si concentra sulle potenziali soluzioni a uno dei problemi informatici più urgenti al mondo:come sviluppare tecnologie informatiche per elaborare questi dati in modo rapido ed efficiente dal punto di vista energetico.

I computer contemporanei si basano sull'architettura von Neumann in cui la veloce Central Processing Unit (CPU) è fisicamente separata dal programma molto più lento e dalla memoria dati.

Ciò significa che la velocità di elaborazione è limitata e la potenza viene sprecata dalla necessità di trasferire continuamente dati da e verso la memoria e il processore tramite interconnessioni elettriche limitate in termini di larghezza di banda e inefficienti dal punto di vista energetico, note come collo di bottiglia di von Neumann.

Di conseguenza, è stato stimato che più del 50% della potenza dei moderni sistemi informatici viene sprecata semplicemente in questo spostamento di dati.

Professor C David Wright, dal Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Exeter, e uno dei coautori dello studio spiega "Chiaramente, è necessario un nuovo approccio, uno che possa fondere insieme le attività di elaborazione delle informazioni fondamentali dell'informatica e della memoria, uno che possa incorporare direttamente nell'hardware la capacità di apprendere, adattarsi ed evolversi, e uno che elimina le interconnessioni elettriche che consumano energia e limitano la velocità."

Il calcolo neuromorfo fotonico è uno di questi approcci. Qui, i segnali vengono comunicati ed elaborati utilizzando la luce anziché gli elettroni, dando accesso a larghezze di banda molto più elevate (velocità del processore) e riducendo notevolmente le perdite di energia.

Inoltre, i ricercatori cercano di rendere l'hardware di calcolo stesso isomorfo con il sistema di elaborazione biologica (cervelli), sviluppando dispositivi per imitare direttamente le funzioni di base dei neuroni e delle sinapsi del cervello, quindi collegandoli insieme in reti che possono offrire velocemente, parallelizzato, elaborazione adattiva per applicazioni di intelligenza artificiale e apprendimento automatico.

Lo stato dell'arte di tale elaborazione fotonica "simile al cervello", e il suo probabile sviluppo futuro, è al centro di un articolo intitolato "Photonics for artificial intelligence and neuromorphic computing" pubblicato sulla prestigiosa rivista Fotonica della natura da un importante team internazionale di ricercatori statunitensi, Germania e Regno Unito.