En lille chip på spidsen af et fiberoptisk kabel kan passivt udnytte lys for at udføre AI-beregninger, hvilket dramatisk reducerer mængden af energi og computerkraft, der kræves
En chip på enden af en optisk fiber
En kunstig intelligenschip, der er mindre end et saltkorn, kan aborre i slutningen af en optisk fiber, der udnytter lysfysikken for at behandle de oplysninger, der er passeret gennem fiberen – mens de bruger langt mindre energi og beregningskraft end typiske AI -teknikker.
Optiske fibre kan bære data med lysets hastighed, men afkodning af disse lyssignaler sker normalt på en langsommere og mere energikrævende ekstern computerenhed. Den nye AI-chip kunne udføre denne databehandlingsopgave hurtigere, mens de bruger færre ressourcer, hvilket muliggør ting som enklere medicinske billeddannelsesenheder eller mere effektive chips til et fremtidig kvanteinternet.
Enheden i sig selv kan betragtes som et passivt, veluddannet neuralt netværk, der fysisk manipulerer lys for at udføre beregninger, siger Haoyi Yu ved University of Shanghai for Science and Technology i Kina.
Denne type lysbaseret “diffraktivt neuralt netværk” blev først udviklet af forskere ved University of California, Los Angeles, i 2018. Yu og hans kolleger tog dette arbejde et skridt videre ved at lave en ekstremt lille version af en sådan AI-chip og Placering af det i slutningen af en optisk fiber bredden af et menneskehår.
Chippen kan rekonstruere billeder af tal, der næppe er større end et korn af pollen. Billedopbygning er ikke en ny opgave for AI, men størrelsen på denne chip reducerede de beregningsmæssige ressourcer, der er nødvendige til et par tusinde af det beløb, som AIS typisk bruger.
En sådan AI-chip kan behandle data, der flyder gennem fiberoptiske kabler så hurtigt som lys bevæger sig gennem dens lag og udfører beregninger inden for billioner af et sekund, siger Aydogan Ozcan ved University of California, Los Angeles. ”Generelt er jeg begejstret og positiv til dette arbejde – og det har potentialet til at skalere op (til bredere brug).”
Der er stadig nogle udfordringer. Lette ufuldkommenheder kan føre til ændringer i ydelsen mellem hver enhed, siger Ozcan. Det skyldes delvis den lagdelte struktur af chippen og den måde, forskerne fremstillede den på. De ætsede lysmanipulerende mønstre på tynde polymerlag, justerede omhyggeligt hvert lag og integrerede derefter chippen med en optisk fiber. På grund af denne flertrinsproces er det vanskeligt at opnå konsistens og nøjagtighed på tværs af enhver enhed.
Den faste fysiske design af chips betyder også, at de er skræddersyet til specifikke job. ”Når opgaverne ændrer sig, eller det fiberoptiske system ændres, skulle man have et nyt design, der skal fremstilles og integreres med fiberen,” siger Ozcan.
Stadig betragter han ikke nogen af disse udfordringer som store vejspærringer til kommercialisering. Hans egen gruppes arbejde antyder, at denne nye udvikling kan føre til forenklede og mere dygtige design til endoskopiske billeddannelsesenheder – små kameraer i rørform, der indsættes i kroppen under visse medicinske undersøgelser.
De fiberintegrerede chips kunne også bruges inden for kvantefotoniske chips, der er designet til at kontrollere og manipulere lys på et kvanteniveau, siger Yu. Sådanne enheder kan til sidst danne rygraden på et kvanteinternet, et praktisk talt uhakbart kommunikationsnetværk.