Прошло восемьдесят лет с момента запуска ENIAC. Это был первый универсальный компьютер, созданный исследователями Пенсильванского университета Дж. Преспером Эктонтом и Джоном Маучли. Он работал на электронах, и это остается основой работы вашего ноутбука сегодня.
Но электроны упираются в тупик.
По мере роста моделей искусственного интеллекта, оборудование работает на пределе возможностей. Электроны переносят заряд. Этот заряд создает трение, сопротивление и тепло. Мы тратим энергию на борьбу с термодинамикой, лишь чтобы предотвратить расплавление чипов. Ограничения физические, жесткие и очевидные.
Бос Зэн, физик из Пенсильванского университета, не ждет лучших систем охлаждения. Он смотрит на свет.
На фотоны. Они быстрые, безмассовые и не имеют заряда. Фотоны проносятся по оптоволокну с минимальными потерями энергии. Однако они ужасно взаимодействуют друг с другом. Фотоны подобны призракам: они проходят сквозь логические вентили, необходимые компьютерам для переключения и принятия решений. Ли Хэ, соавтор нового исследования, говорит об этом прямо:
«Поскольку они заряжено-нейтральны и имеют нулевую массу покоя… эта нейтральность означает, что они почти не взаимодействуют, что делает их плохими для логики переключения сигналов».
У нас есть самые быстрые «курьеры», но они бесполезны для вычислений. Или так казалось.
Заставляем свет вести себя как вещество
Команда Зэна нашла обходной путь. Они не заставляли фотоны «общаться». Они соединили их с чем-то другим.
Исследователи создали экситон-поляритоны в ультратонком полупроводнике. Половина света, половина электрона — квазичастица. Результат? Вы сохраняете скорость света, но теперь она обладает массой. Она взаимодействует. Может переключать сигналы. Может вычислять.
Большинство современных фотонных чипов «читят». Они используют свет для дальних дистанций — передачи данных. Но как только возникает нелинейный этап (например, функция активации в нейросетях), сигнал снова преобразуется в электричество. Преобразование. Расчет. Еще раз преобразование.
Такие циклы замедляют работу, потребляют энергию и сводят на нет все преимущества.
Демонстрация Зэна обошлась без посредников. Чистое оптическое переключение. Энергетические затраты? Четыре квадриллионных части джоуля. Это практически ничто. Меньше энергии, чем требуется для мигновения небольшого светодиода.
Больше никаких преобразований
Если эта технология масштабируется, последствия будут сложными, но многообещающими. Чипы ИИ будущего смогут получать данные напрямую с сенсоров камер. Без электрической трансляции. Свет входит, свет выходит, результат готов.
Это снизит счета за энергию для массивных систем ИИ. Возможно, если мы научимся производить такие устройства в промышленных масштабах. Появились слухи о том, что эта технология может поддерживать функции квантовых вычислений. Пока ранние дни.
Кто первым получит такие чипы? Лаборатории. Всегда лаборатории.
Исследование, озаглавленное «Strongly Nonlinear Nanocavity…», было опубликовано в журнале Physical Review Letters в апреле прошлого года. Зэн занимает должность профессора имени Джина К. Ли. Ранее он работал с Ли Хэ, теперь ассистент-профессором в Университете Монтаны. В работе также участвовали Чжи Ванг и Бумхо Ким.
Финансирование обеспечивалось ВМС США и фондом Слоуна. Технология уже существует. Инженерные барьеры тоже.
Возможно, скоро мы будем работать на свете. А можем просто быстрее исчерпать ресурсы, пытаясь заставить электроны соответствовать новым требованиям. В любом случае, течение меняется.
