Gli ingegneri dell'Università della Pennsylvania hanno sviluppato un nuovo chip che utilizza le onde luminose, anziché l'elettricità, per eseguire i complessi calcoli matematici essenziali per l'addestramento dell'intelligenza artificiale. Il chip ha il potenziale per accelerare radicalmente la velocità di elaborazione dei computer riducendone al tempo stesso il consumo energetico.
Il design del chip silicio-fotonico (SiPh) è il primo a riunire la ricerca pionieristica del vincitore della medaglia Benjamin Franklin e del professor Nader Engheta H. Nedwill Ramsey sulla manipolazione di materiali su scala nanometrica per eseguire calcoli matematici utilizzando la luce, il mezzo di comunicazione più veloce possibile, con la piattaforma SiPh, che utilizza il silicio, l'elemento economico e abbondante utilizzato per produrre in serie i chip dei computer.
L'interazione delle onde luminose con la materia rappresenta una possibile strada per lo sviluppo di computer che superino le limitazioni dei chip odierni, che sono essenzialmente basati sugli stessi principi dei chip degli albori della rivoluzione informatica negli anni '60.
In un articolo apparso su Nature Photonics , il gruppo di Engheta, insieme a quello di Firooz Aflatouni, Professore Associato di Ingegneria Elettrica e dei Sistemi, descrive lo sviluppo del nuovo chip.
"Abbiamo deciso di unire le forze", afferma Engheta, sfruttando il fatto che il gruppo di ricerca di Aflatouni è stato pioniere nei dispositivi in silicio su scala nanometrica.
Il loro obiettivo era sviluppare una piattaforma per eseguire quella che è nota come moltiplicazione di matrici vettoriali, un'operazione matematica fondamentale nello sviluppo e nel funzionamento delle reti neurali, l'architettura informatica che alimenta gli odierni strumenti di intelligenza artificiale.
Invece di utilizzare un wafer di silicio di altezza uniforme, spiega Engheta, "si rende il silicio più sottile, diciamo 150 nanometri", ma solo in regioni specifiche. Tali variazioni di altezza, senza l'aggiunta di altri materiali, forniscono un mezzo per controllare la propagazione della luce attraverso il chip, poiché le variazioni di altezza possono essere distribuite per far sì che la luce si diffonda secondo schemi specifici, consentendo al chip di eseguire calcoli matematici alla velocità della luce.
A causa dei vincoli imposti dalla fonderia commerciale che ha prodotto i chip, afferma Aflatouni, questo progetto è già pronto per applicazioni commerciali e potrebbe potenzialmente essere adattato per l'uso in unità di elaborazione grafica (GPU), la cui domanda è salita alle stelle con la diffusa diffusione interesse per lo sviluppo di nuovi sistemi di intelligenza artificiale.
"Possono adottare la piattaforma Silicon Photonics come componente aggiuntivo", afferma Aflatouni, "e quindi si potrebbero accelerare la formazione e la classificazione."
Oltre alla maggiore velocità e al minor consumo di energia, il chip di Engheta e Aflatouni presenta vantaggi in termini di privacy:poiché molti calcoli possono avvenire simultaneamente, non ci sarà bisogno di archiviare informazioni sensibili nella memoria di lavoro di un computer, rendendo un futuro computer alimentato da tale tecnologia praticamente inattaccabile. .
"Nessuno può hackerare una memoria inesistente per accedere alle tue informazioni", afferma Aflatouni.
Altri coautori includono Vahid Nikkhah, Ali Pirmoradi, Farshid Ashtiani e Brian Edwards di Penn Engineering.
Ulteriori informazioni: Strutture a basso indice di contrasto progettate inverse su piattaforma fotonica del silicio per la moltiplicazione di matrici vettoriali, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01394-2. www.nature.com/articles/s41566-024-01394-2
Fornito dall'Università della Pennsylvania
