Вісімдесят років минуло з моменту запуску ENIAC. Це був перший комп’ютер загального призначення, створений дослідниками Університету Пенсільванії Дж. Преспер Актонт і Джон Моклі. Він працював на електронах, і це залишається основою для роботи вашого ноутбука сьогодні.
Але електрони зайшли в глухий кут.
У міру того, як моделі штучного інтелекту ростуть, апаратне забезпечення виходить на межі своїх можливостей. Електрони несуть заряд. Цей заряд створює тертя, опір і тепло. Ми витрачаємо енергію на боротьбу з термодинамікою, щоб запобігти плавленню стружки. Обмеження фізичні, суворі та очевидні.
Бос Дзен, фізик з Університету Пенсільванії, не чекає кращих систем охолодження. Він дивиться на світло.
До фотонів. Вони швидкі, безмасові та не заряджені. Фотони рухаються по оптичному волокну з мінімальними втратами енергії. Однак вони жахливо взаємодіють один з одним. Фотони схожі на привидів: вони проходять через логічні ворота, які потрібні комп’ютерам для перемикання та прийняття рішень. Лі Хе, співавтор нового дослідження, говорить про це прямо:
“Оскільки вони нейтральні до заряду та мають нульову масу спокою… ця нейтральність означає, що вони майже не взаємодіють, що робить їх поганими для логіки перемикання сигналів”.
У нас найшвидші «кур’єри», але для розрахунків вони марні. Принаймні так здавалося.
Змусити світло поводитися як матерія
Команда Zen знайшла обхідний шлях. Вони не змушували фотони «спілкуватися». Вони поєднали їх з чимось іншим.
Дослідники створили екситон-поляритони в ультратонкому напівпровіднику. Наполовину світло, наполовину електрон – квазічастинка. Результат? Ви підтримуєте швидкість світла, але тепер він має масу. Вона взаємодіє. Може перемикати сигнали. Може розрахувати.
Більшість сучасних фотонних чіпів «читабельні». Використовують світло на великі відстані – передача даних. Але як тільки виникає нелінійна стадія (наприклад, функція активації в нейронних мережах), сигнал знову перетворюється в електрику. Трансформація. Розрахунок. Знову трансформація.
Такі цикли сповільнюють продуктивність, споживають енергію та зводять нанівець будь-які переваги.
Демонстрація Дзен не залучала посередників. Чисте оптичне перемикання. Енергетичні витрати? Чотири квадрильйонних джоуля. Це практично нічого. Менше енергії, ніж потрібно для миготіння маленького світлодіода.
Більше ніяких конверсій
Якщо цю технологію розширити, наслідки будуть складними, але багатообіцяючими. Майбутні чіпи ШІ зможуть отримувати дані безпосередньо від датчиків камери. Немає електричної передачі. Світло входить, світло виходить, результат готовий.
Це знизить рахунки за електроенергію для масивних систем ШІ. Можливо, якщо ми навчимося виробляти такі пристрої в промислових масштабах. Ходять чутки, що ця технологія може підтримувати функції квантових обчислень. Ще рано.
Хто першим отримає такі чіпи? Лабораторії. Завжди лабораторії.
Дослідження під назвою «Сильно нелінійна нанопорожнина…» було опубліковано в журналі Physical Review Letters у квітні минулого року. Цзен займає посаду професора Джин К. Лі. Раніше він працював з Лі Хе, який зараз є доцентом Університету Монтани. У роботі також брали участь Джі Ван і Бумхо Кім.
Фінансування надали ВМС США та Фонд Слоуна. Технологія вже існує. Інженерні загородження теж.
Можливо, скоро ми будемо працювати в світі. Або ми можемо просто швидше вичерпати ресурси, намагаючись змусити електрони відповідати новим вимогам. У будь-якому випадку, хвиля змінюється.
