Hybridný fotonicko-elektronický hardvér pre AI novej generácie

Rast výkonu systémov umelej inteligencie bol obmedzený energetickou neefektívnosťou a prekážkami v prenose údajov. Výskumníci z Columbia Engineering však prišli s prelomovým riešením. Predstavili 3D fotonicko-elektronickú platformu, ktorá dosahuje bezprecedentnú energetickú účinnosť a šírku pásma, čím otvára cestu pre AI hardvér novej generácie.

Štúdia publikovaná v časopise Nature Photonics podrobne opisuje priekopnícku metódu, ktorá integruje fotoniku s pokročilou elektronikou s komplementárnymi oxidmi kovov a polovodičmi (CMOS) s cieľom nanovo definovať energeticky efektívnu dátovú komunikáciu s veľkou šírkou pásma. Táto inovácia rieši kritické výzvy v oblasti prenosu dát, ktoré sú trvalou prekážkou pri realizácii rýchlejších a efektívnejších technológií umelej inteligencie.

Tím Columbia Engineering spolupracoval s vedcami z Cornellovej univerzity na vývoji 3D integrovaného fotonicko-elektronického čipu, ktorý sa môže pochváliť vysokou hustotou 80 fotonických vysielačov a prijímačov v rámci kompaktnej plochy čipu. Táto platforma poskytuje veľkú šírku pásma (800 Gb/s) s výnimočnou energetickou účinnosťou, pričom spotrebuje iba 120 femtojoulov na bit. S hustotou šírky pásma 5,3 Tb/s/mm2 táto inovácia výrazne prevyšuje existujúce štandardy.

Čip je navrhnutý s ohľadom na nízke náklady, kombinuje fotonické zariadenia s elektronickými obvodmi CMOS a využíva komponenty vyrobené v komerčných továrňach. Výskum tímu mení prenos dát medzi výpočtovými uzlami, rieši problémy s energetickou účinnosťou a škálovateľnosťou.

^{Michael Cullen, doktorand v odbore elektrotechniky a spolutvorca článku, pracuje spolu s Keren Bergmanovou (v popredí) v Laboratóriu výskumu svetelných vĺn. Zdroj Foto: Timothy Lee/Columbia Engineering}

Vďaka 3D integrácii fotonických a elektronických čipov ponúka táto technológia výraznú úsporu energie a veľkú šírku pásma, čím prekonáva tradičné obmedzenia prenosu dát. Táto platforma umožňuje systémom umelej inteligencie efektívne prenášať veľké objemy dát, čím sa zlepšujú distribuované architektúry, ktoré boli predtým obmedzené energiou a latenciou.

Nová technológia sa vďaka prísľubu zvýšenia výkonu stane nevyhnutnou pre budúce výpočtové systémy – od rozsiahlych modelov umelej inteligencie až po spracovanie údajov v reálnom čase v autonómnych systémoch. Okrem umelej inteligencie má transformačný potenciál pre vysokovýkonné počítače, telekomunikácie a disagregované pamäťové systémy, čo znamená novú éru energeticky účinnej a rýchlej počítačovej infraštruktúry.

Zdroj: phys.org.

^{Zdroj Foto: Keren Bergman}