Computere, der bruger fotoner snarere end elektroner til at manipulere datalovertøring af større hastighed og energieffektivitet, og teknologien udvikler sig hurtigt
Tempo, en lysbaseret computerchip lavet af Lightelligence
Computere, der bruger lys snarere end elektricitet til at repræsentere og manipulere data, kan skære ned på strømkravene fra datacentre og samtidig fremskynde beregninger. To undersøgelser offentliggjort i dag beskriver gennembrud i at køre problemer i den virkelige verden på lysbaserede computere, hvilket gør teknologien på randen af kommerciel anvendelse, siger forskere.
Elektroniske computere, som dem, vi alle bruger i dag, fulgte historisk set Moores lov: Maskinens magt fordoblet hvert andet år. Men i de senere år er fremskridt aftaget, da miniaturiseringen af transistorer ramte grundlæggende fysiske grænser.
Forskere arbejder på adskillige potentielle løsninger, herunder kvanteberegning og fotonisk computing. Men selvom kvanteberegning stadig kæmper for at opnå ægte nyttighed, har fotonisk computing nu nået et punkt, hvor chipdesign, såsom dem, der er beskrevet i de to nye studier, udfører ægte beregninger. Dertil kommer, at de samme fabrikker, der fremstiller siliciumchips til elektroniske computere, kan bruges til at fremstille disse fotoniske chips.
Fotoniske computere tilbyder enorme potentielle fordele i forhold til elektroniske computere. For det første, fordi fotoner bevæger sig hurtigere, end elektroner gør i et kredsløb, kunne de fremskynde beregninger og også reducere pauserne mellem hvert trin i en beregning. For det andet, fordi fotoner bevæger sig uden modstand og sjældent absorberes af det materiale, som chipsene er lavet af, kunne de gøre det samme job ved hjælp af mindre energi end elektriske computere, som kræver energiintensiv afkøling.
Lightelligence, et Singapore-baseret firma, viser i sin undersøgelse, at dens enhed, kaldet en fotonisk aritmetisk computermotor (PACE), der kombinerer en fotonisk chip og en mikroelektronisk chip, med succes kan køre isingproblemer, som har direkte applikationer til logistikbranchen og mange andre områder.
I mellemtiden hævder den amerikanske start-up Lightmatter sin egen chip, Envise, kan køre AI-modellen Bert for at oprette tekst i stil med Shakespeare, med en nøjagtighedshastighed, der ligner den for konventionelle elektroniske processorer.
Bo Peng hos Lightelligence siger, at feltet er i stigende grad travlt med nystartede virksomheder, og at teknologien hurtigt modnes. ”Vi er mere eller mindre i forproduktion,” siger Peng. ”Det er mere som et rigtigt produkt, ikke kun en laboratoriebestation.”
Ligesom kvantecomputernes verden forsøger at demonstrere kvantefordel – det punkt, hvor en kvantemaskine kan tilbyde noget nyttigt, som en klassisk computer ikke kan – Peng siger, at han er fokuseret på at demonstrere fotonisk fordel. Selvom han ikke bliver trukket på, hvornår dette vil forekomme, siger han, at teknologien er tæt på at være klar til kommercielle applikationer – sandsynligvis som en fotonisk chip, der fungerer sammen med elektriske chips, snarere end helt at erstatte dem, til at håndtere specifikke opgaver, hvor det kan give et løft.
Fortællende er den hardware, hvorpå Lightelligence baserede sin forskning, foretaget i et PCI Express -format. Dette er det standard-tillæg til bundkort til desktopcomputere, der gør det muligt at tilføje grafikkort eller andre enheder. Virksomhedens enhed kan allerede føjes til ethvert kommercielt desktop – selvom det har brug for den rigtige software til at kommunikere med den.
Robert Hadfield ved University of Glasgow, UK, siger, at de to undersøgelser viser ”Dette er et område, der kommer til kogning”. ”Det er tæt på et punkt, hvor branchen kan betragte fotoniske processorer som et levedygtigt alternativ,” siger han. ”Det er virkelig interessant at se, hvor meget denne arkitektur har modnet. Og dette er fotoniske chips, der er fremstillet i et af verdens førende støberier, så den kan skaleres op til masseproduktion.”
Stephen Sweeney, også på University of Glasgow, siger, at vi allerede har set optisk datatransmission rullet ud over hele verden med fiberoptik, og at fotonisk computing nu også er tæt på. “Fotonik giver dig mulighed for at gøre ting med højere hastighed og lavere tab, end du kan gøre med elektronik,” siger Sweeney. “Og hvis du har brug for at være i stand til at gøre enorme mængder beregning, skal du begynde at se på det.”