Це яскравий день для обчислень — буквально.
Дві технологічні компанії представили комп'ютерні компоненти, які використовують лазерне світло для обробки інформації. Ці футуристичні процесори незабаром зможуть розв'язувати реальні проблеми швидше та з меншими вимогами до енергії, ніж звичайні комп'ютери. Одне і друге дослідження, опубліковані окремо в журналі Nature, знаменують великий крок вперед для цього альтернативного підходу до обчислень.
Lightelligence, що базується в Бостоні, і Lightmatter, в Маунтін-В'ю, Каліфорнія, показали, що світлові або фотонні компоненти «можуть робити те, що нам важливо, і що вони можуть робити це краще, ніж електронні чипи, які у нас вже є», — каже Ентоні Ріццо, інженер по фотоніці з Дартмут.
Лазери вже передають дані по всьому світу оптоволоконними кабелями, а фотоніка грає роль у переміщенні даних у передових центрах обробки даних. Наприклад, у березні технологічна компанія NVIDIA, що базується в Санта-Кларі, Каліфорнія, анонсувала нову технологію, яка використовує світло для зв'язку між пристроями. Але, каже Ріццо, ці світлові промені нічого не обчислюють. Всередині звичайного комп'ютера вхідні світлові сигнали перетворюються на повільніші електронні одиниці та нулі, які переміщуються через крихітні транзистори.
Навпаки, світло всередині пристроїв Lightmatter та Lightelligence «насправді виконує математичні обчислення», каже Ріццо. Зокрема, обидва використовують світло для виконання множення матриць, фундаментальної операції у більшості процесів обробки ШІ, а також в інших областях обчислень. В обох нових пристроях решта обчислень відбувається в електронних компонентах.
Час цих розробок має вирішальне значення. Моделі ШІ збільшуються у розмірах та складності, тоді як прогрес традиційних чипів уповільнюється. Історично кількість транзисторів, які інженери могли б втиснути в чипи, приблизно подвоювалася кожні два роки, тенденція відома як закон Мура. Дрібніші транзистори означали швидші та дешеві обчислення.
Але закон Мура досяг своєї межі, говорить Нік Харріс, засновник і генеральний директор Lightmatter. Інші експерти погоджуються. Фізика того, як електрика проходить через транзистори, не дозволяє їм зменшуватись ще більше. Комп'ютери на основі звичайних електронних чипів «не ставатимуть кращими», каже Харріс. Фотонні обчислення пропонують потенційне рішення.
Пристрій Lightelligence, названий PACE, об'єднує фотонний та електронний чип для прискорення обчислень для оптимізації завдань, які мають вирішальне значення для таких галузей, як фінанси, виробництво та судноплавство. Пристрій Lightmatter, з іншого боку, є більш універсальним процесором, який поєднує чотири світлові та два електронні чипи. Команда використовувала цю систему для запуску основних технологій штучного інтелекту, включаючи великі мовні моделі, такі, як ті, що лежать в основі ChatGPT або Claude. Вони також запустили алгоритм глибокого навчання, який практикувався в іграх Атарі, включаючи Pac-Man.
"Це ніколи не робилося" з використанням будь-якої альтернативної технології комп'ютерної обробки, говорить Харріс. Інженери раніше створювали експериментальні фотонні процесори, які могли виконувати математичні обчислення, але вони ніколи не наближалися до продуктивності комп'ютера при вирішенні реальних обчислювальних завдань.
Однією з великих проблем з експериментальними фотонними процесорами була точність. Світлові сигнали можуть приймати широкий діапазон значень замість ніж представляти лише 1 і 0. Якщо одне з цих значень передано неправильно, крихітна помилка може перерости у велику помилку в обчисленнях.
У задачах оптимізації, які тестувала Lightelligence, певна випадковість може бути корисною. Вона допомагає системі більш ефективно шукати рішення, йдеться у заяві компанії. Lightmatter розв'язує цю проблему, розміщуючи електронні чипи поверх своїх фотонних, щоб ретельно контролювати вхідні та вихідні дані, тим самим зменшуючи кількість помилок.
Їхній новий процесор «не є лабораторним прототипом», — каже Харріс. «Це новий тип комп'ютера. І він вже тут».
Фотонні компоненти для обох пристроїв можуть бути виготовлені з використанням тих самих заводів та процесів, які вже виробляють електронні чипи, каже Ріццо. Тому технологія легко масштабуватиметься. "Вони можуть бути в реальних системах дуже скоро", - говорить він, додаючи, що технології можуть з'явитися в центрах обробки даних протягом п'яти років.
