Новые компьютерные чипы решают вычислительные задачи с помощью света
Это выдающееся событие для вычислительной техники — в буквальном смысле этого слова.
Две технологические компании представили компьютерные компоненты, которые используют лазерный луч для обработки информации. Эти футуристические процессоры вскоре смогут решать задачи быстрее и с меньшими затратами энергии, чем обычные компьютеры. Статьи, опубликованные в апреле в журнале Nature, знаменуют собой значительный шаг вперед в развитии альтернативного подхода к вычислительной технике.
По словам одного из разработчиков – инженера-фотоника Энтони Риццо, бостонская компания Lightelligence, и калифорнийская компания Lightmatter, наглядно показали, что фотонные компоненты могут выполнять операции «лучше, чем электронные чипы».
По всему миру лазеры уже используются для передачи данных по оптоволоконным кабелям, а фотонные технологии играют важную роль в передаче данных внутри современных центров обработки данных. Так, в марте известная технологическая компания NVIDIA, анонсировала свою новую разработку, которая использует свет для обмена данными между устройствами. Но, как говорит Риццо, «эти световые лучи ничего не вычисляют». Внутри обычного компьютера поступающие световые сигналы лишь преобразуются в более медленные электронные бинарные.
Напротив, свет внутри новых устройств, разработанных в Lightmatter и Lightelligence, “действительно выполняет математические операции”, – заявляет Риццо. В частности, оба устройства используют фотонные компоненты для матричного умножения – фундаментальной операции в большинстве процессов обработки данных нейросетей, а также в некоторых других областях вычислений. Все остальные вычисления производятся в электронных компонентах.
Своевременность этих новых разработок имеет решающее значение. Модели искусственного интеллекта становятся все более масштабными и сложными, в то время как развитие традиционных чипов замедляется. Исторически сложилось так, что количество транзисторов, которые инженеры могли бы встроить в чипы, примерно удваивалось каждые два года, и эта тенденция известна как закон Мура. Дальнейшая миниатюризация транзисторов означала бы ещё более быстрые и дешевые вычисления.
Но закон Мура достиг своего предела, говорит Ник Харрис, основатель и генеральный директор Lightmatter. Другие эксперты тоже подтверждают это. Физические свойства материалов более не позволяют уменьшать размеры полупроводниковых транзисторов. Это означает, что компьютеры, основанные на обычных электронных чипах, “не смогут становиться лучше”, – утверждает Харрис.
Фотонные вычисления предполагают совершенно новый подход. Устройство, разработанное Lightelligence и получившее название PACKAGE, сочетает в себе фотонный и электронный чипы для ускорения вычислений при решении задач оптимизации, которые имеют решающее значение для таких отраслей, как финансы, производство и судоходство.
А устройство от Lightmatter, представляет собой процессор более общего назначения, который объединяет четыре фотонных и два электронных чипа. Команда разработчиков использовала эту комбинацию для применения в технологиях искусственного интеллекта, включая большие языковые модели, такие же как те, что используются в ChatGPT или Claude.
По словам Харриса, «такого еще никто не делал». Инженеры ранее создавали экспериментальные фотонные процессоры, которые могли выполнять математические вычисления, но они и близко не подступали к производительности обычного компьютера при решении реальных вычислительных задач.
Одной из серьезных проблем, связанных с экспериментальными фотонными процессорами, является их точность. Как известно, световые сигналы могут принимать значения в достаточно широком диапазоне, в отличие от требуемых «1 и 0». И если одно из значений передастся неправильно, то даже небольшая ошибка может привести к серьезной погрешности в вычислениях.
Lightmatter решает эту проблему, размещая электронные чипы поверх фотонных, чтобы тщательно контролировать входящие и исходящие данные, тем самым уменьшая количество ошибок. «Наш новый процессор не является лабораторным прототипом”, – говорит Харрис – “Это компьютер нового типа. И он уже есть”.
Любопытно, что в задачах оптимизации, которые тестировал Lightelegance, некоторая случайность значения сигнала может оказаться даже полезной. «Это помогает системе более эффективно находить решения», – говорится в заявлении компании.
Фотонные компоненты для обоих устройств могут быть изготовлены на тех же заводах, которые производят электронные чипы, и с использованием тех же технологических процессов, замечает Риццо. Таким образом, новая технология сможет легко масштабироваться. “Очень скоро новые компоненты могут появиться в реальных системах”, – утверждает он, добавляя, что они могут появиться в центрах обработки данных в течение ближайших пяти лет.
Источник: ScienceNews
Изображение от Freepik.com
