Ingenieurs van de Universiteit van Pennsylvania hebben een nieuwe chip ontwikkeld die lichtgolven gebruikt in plaats van elektriciteit om de complexe wiskunde uit te voeren die essentieel is voor het trainen van AI. De chip heeft het potentieel om de verwerkingssnelheid van computers radicaal te versnellen en tegelijkertijd hun energieverbruik te verminderen.

Het ontwerp van de silicium-fotonische (SiPh) chip is de eerste die het baanbrekende onderzoek van Benjamin Franklin Medal Laureate en H. Nedwill Ramsey Professor Nader Engheta naar het manipuleren van materialen op nanoschaal om wiskundige berekeningen uit te voeren met behulp van licht – het snelst mogelijke communicatiemiddel – samenbrengt met het SiPh-platform, dat silicium gebruikt, het goedkope, overvloedige element dat wordt gebruikt om computerchips in massa te produceren.

De interactie van lichtgolven met materie vertegenwoordigt een mogelijke weg voor het ontwikkelen van computers die de beperkingen van de hedendaagse chips overstijgen, die in wezen gebaseerd zijn op dezelfde principes als chips uit de begindagen van de computerrevolutie in de jaren zestig.

In een artikel dat verschijnt in Nature Photonics , beschrijft de groep van Engheta, samen met die van Firooz Aflatouni, universitair hoofddocent in Electrical and Systems Engineering, de ontwikkeling van de nieuwe chip.

"We hebben besloten onze krachten te bundelen", zegt Engheta, waarbij hij gebruik maakt van het feit dat de onderzoeksgroep van Aflatouni pionier is op het gebied van siliciumapparaten op nanoschaal.

Hun doel was om een ​​platform te ontwikkelen voor het uitvoeren van wat bekend staat als vectormatrixvermenigvuldiging, een wiskundige kernoperatie in de ontwikkeling en functie van neurale netwerken, de computerarchitectuur die de hedendaagse AI-tools aandrijft.

In plaats van een siliciumwafel met een uniforme hoogte te gebruiken, legt Engheta uit, "maak je het silicium dunner, bijvoorbeeld 150 nanometer", maar alleen in specifieke regio's. Deze hoogtevariaties – zonder toevoeging van andere materialen – bieden een manier om de voortplanting van licht door de chip te controleren, aangezien de variaties in hoogte kunnen worden verdeeld om ervoor te zorgen dat het licht zich in specifieke patronen verstrooit, waardoor de chip wiskundige berekeningen kan uitvoeren. met de snelheid van het licht.

Vanwege de beperkingen opgelegd door de commerciële gieterij die de chips produceerde, zegt Aflatouni, is dit ontwerp al klaar voor commerciële toepassingen en zou het mogelijk kunnen worden aangepast voor gebruik in grafische verwerkingseenheden (GPU's), waarvan de vraag enorm is gestegen met de wijdverbreide interesse in de ontwikkeling van nieuwe AI-systemen.

"Ze kunnen het Silicon Photonics-platform als add-on gebruiken", zegt Aflatouni, "en dan kun je de training en classificatie versnellen."

Naast een hogere snelheid en minder energieverbruik heeft de chip van Engheta en Aflatouni privacyvoordelen:omdat veel berekeningen tegelijkertijd kunnen plaatsvinden, is het niet nodig om gevoelige informatie in het werkgeheugen van een computer op te slaan, waardoor een toekomstige computer die door dergelijke technologie wordt aangedreven vrijwel onhackbaar wordt. .

"Niemand kan een niet-bestaand geheugen hacken om toegang te krijgen tot uw informatie", zegt Aflatouni.

Andere co-auteurs zijn onder meer Vahid Nikkhah, Ali Pirmoradi, Farshid Ashtiani en Brian Edwards van Penn Engineering.

Meer informatie: Invers ontworpen structuren met laag indexcontrast op siliciumfotonicaplatform voor vectormatrixvermenigvuldiging, Natuurfotonica (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01394-2. www.nature.com/articles/s41566-024-01394-2

Aangeboden door Universiteit van Pennsylvania