Wetenschappers hebben een fascinerend nieuw inzicht gegeven in de volgende stappen om snel, energiezuinig, toekomstige computersystemen die licht gebruiken in plaats van elektronen om informatie te verwerken en op te slaan, met hardware die rechtstreeks is geïnspireerd op het functioneren van het menselijk brein.

Een team van wetenschappers, waaronder professor C. David Wright van de Universiteit van Exeter, heeft het toekomstige potentieel van computersystemen onderzocht door fotonica te gebruiken in plaats van conventionele elektronica.

Het artikel is vandaag (29 januari 2021) gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuurfotonica .

Het onderzoek richt zich op mogelijke oplossingen voor een van 's werelds meest urgente computerproblemen:het ontwikkelen van computertechnologieën om deze gegevens op een snelle en energiezuinige manier te verwerken.

Hedendaagse computers zijn gebaseerd op de von Neumann-architectuur waarin de snelle Central Processing Unit (CPU) fysiek is gescheiden van het veel langzamere programma- en datageheugen.

Dit betekent dat de rekensnelheid beperkt is en dat er energie wordt verspild door de noodzaak om continu gegevens van en naar het geheugen en de processor over te dragen via bandbreedtebeperkte en energie-inefficiënte elektrische verbindingen, ook wel bekend als de von Neumann-bottleneck.

Als resultaat, naar schatting wordt meer dan 50 % van de kracht van moderne computersystemen verspild door simpelweg het verplaatsen van gegevens.

Professor C. David Wright, van de afdeling Engineering van de Universiteit van Exeter, en een van de co-auteurs van de studie legt uit:"Het is duidelijk, er is een nieuwe aanpak nodig - een die de kerntaken voor informatieverwerking van computers en geheugen kan samensmelten, een die direct in hardware het vermogen om te leren, aanpassen en evolueren, en een die energieverslindende en snelheidsbeperkende elektrische verbindingen wegneemt."

Photonic neuromorphic computing is zo'n benadering. Hier, signalen worden gecommuniceerd en verwerkt met behulp van licht in plaats van elektronen, toegang geven tot veel hogere bandbreedtes (processorsnelheden) en energieverliezen aanzienlijk verminderen.

Bovendien, de onderzoekers proberen de computerhardware zelf isomorf te maken met een biologisch verwerkingssysteem (hersenen), door apparaten te ontwikkelen die de basisfuncties van hersenneuronen en synapsen direct nabootsen, deze vervolgens met elkaar te verbinden in netwerken die snelle, parallel, adaptieve verwerking voor toepassingen op het gebied van kunstmatige intelligentie en machine learning.

De state-of-the-art van dergelijke fotonische 'hersen-achtige' computers, en de waarschijnlijke toekomstige ontwikkeling ervan, is de focus van een artikel getiteld "Photonics for artificial intelligence and neuromorphic computing", gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuurfotonica door een toonaangevend internationaal team van onderzoekers uit de VS, Duitsland en het VK.