Современные вычислительные системы обрабатывают колоссальные объемы данных. Существующие каналы передачи информации не справляются с их потоками. Новые фотонные микромодуляторы увеличат скорость передачи сигналов в 18 раз и снизят энергозатраты.
Системы искусственного интеллекта, такие как ChatGPT, известны своей высокой энергозатратностью. Для решения этой задачи команда из Центра оптики, фотоники и лазеров разработала оптический чип, способный передавать большие объемы данных на чрезвычайно высокой скорости. Эта технология, заключенная в чип, толщиной с волос, обеспечивает выдающуюся энергоэффективность.
Инновация, представленная в журнале Nature Photonics, использует свет для передачи информации. В отличие от традиционных систем, которые полагаются только на интенсивность света, данный чип также применяет фазовый сдвиг оптического излучения.
Придавая сигналу некое новое пространственное измерение, система достигает беспрецедентного уровня производительности при минимальных размерах. По словам аспиранта Алирезы Гераванди, скорость передачи данных увеличилась с 56 гигабит в секунду до 1 Тбит/с — почти в 18 раз!
Исследователи видят огромный потенциал этого открытия в обучении моделей искусственного интеллекта. При скорости 1000 гигабит в секунду возможно передать весь набор обучающих данных, что соответствует более чем 100 миллионам книг, менее чем за семь минут. И это потребляет всего 4 джоуля энергии, что достаточно, чтобы нагреть один миллилитр воды на один градус Цельсия.
Прорыв связан с микромодуляторами — миниатюрными кольцевыми устройствами, изготовленными из кремния, которые могут управлять светом для кодирования информации. В системе используются две пары колец: одна для определения интенсивности, другая — для определения фазы.
Современные центры обработки данных с искусственным интеллектом используют десятки и даже сотни тысяч процессоров, которые взаимодействуют, как нейроны в мозге. Каждый процессор занимает площадь всего в несколько миллиметров. В сумме инфраструктура быстро становится огромной, достигая километров в длину. Параллельно с этим растет и энергопотребление. Благодаря новой технологии устройства могут взаимодействовать быстро и эффективно, словно они находятся всего в нескольких метрах друг от друга.
Эта технология может появиться на рынке в ближайшие годы. Компании, такие как NVIDIA, уже начинают внедрять микромодуляторы, хотя пока в ограниченных масштабах.
Десять лет назад наша лаборатория заложила основу для этой технологии. Сегодня мы поднимаем ее на новый уровень. Возможно, через несколько лет индустрия наверстает упущенное, и эта инновация найдет свое применение в реальном мире.
Фото: hi-tech.mail.ru