Chip nguyên mẫu này được chế tạo tại trung tâm nano Sydney của Đại học Sydney, sử dụng các hạt ánh sáng, được gọi là photon, để xử lý thông tin. Cách tiếp cận này có thể giúp các hệ thống AI trong tương lai hoạt động nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều.
Khác với các chip máy tính truyền thống dựa vào tín hiệu điện, chip mới cho phép ánh sáng đi qua cấu trúc nano được thiết kế đặc biệt. Khi ánh sáng di chuyển qua các cấu trúc này, chip sẽ tự động thực hiện các phép tính. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Các bộ máy tính xử lý truyền thống, di chuyển các electron qua các mạch điện nhỏ để xử lý dữ liệu. Quá trình này sinh ra nhiệt và tiêu tốn năng lượng đáng kể, đặc biệt là trong các trung tâm dữ liệu lớn, cung cấp năng lượng cho các hệ thống trí tuệ nhân tạo hiện đại.
Khi công nghệ AI tiếp tục phát triển, việc tiêu thụ năng lượng trở thành mối quan tâm ngày càng lớn. Chip mới này nhằm giải quyết một phần vấn đề đó bằng cách thay thế điện năng bằng ánh sáng. Vì ánh sáng có thể truyền qua vật liệu với điện trở rất thấp, nên nó tạo ra ít nhiệt hơn và có thể hoạt động cực kỳ nhanh.
Các phần tử tính toán của chip được chế tạo từ các cấu trúc nano chỉ rộng vài chục micromet, xấp xỉ chiều rộng của một sợi tóc người. Các cấu trúc này hoạt động cùng nhau để tạo thành mạng lưới nơ-ron, loại hệ thống được thiết kế để mô phỏng cách bộ não con người xử lý thông tin.
Khi ánh sáng truyền qua mạng lưới, cấu trúc nano sẽ dẫn hướng và biến đổi sóng ánh sáng theo cách thể hiện các phép toán học. Điều này cho phép chip xử lý các phép tính máy học gần như ngay lập tức. Quá trình xử lý diễn ra theo thang thời gian picogiây, tức là mỗi phép tính chỉ mất một phần nghìn tỉ giây - thời gian ánh sáng truyền qua cấu trúc nhỏ bé của chip.
Để thử nghiệm chip nguyên mẫu, nhóm nghiên cứu huấn luyện mạng nơ-ron quang học để phân tích hơn 10.000 hình ảnh y sinh, bao gồm cả ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI) của ngực và bụng. Trong cả mô phỏng và thí nghiệm, con chip đạt độ chính xác phân loại từ khoảng 90% đến 99%.
Công nghệ này mở ra hướng đi tiềm năng hướng tới cơ sở hạ tầng AI bền vững hơn. Các trung tâm dữ liệu hiện nay thường tiêu thụ rất nhiều điện năng và nước để vận hành và làm mát thiết bị. Điện toán quang học có thể giúp giảm tác động này đến môi trường, đồng thời hỗ trợ nhu cầu ngày càng tăng về AI.
Quang học, ngành khoa học về điều khiển các hạt ánh sáng, đóng vai trò quan trọng trong nhiều công nghệ như truyền thông cáp quang, laser, hình ảnh y tế. Chỉ thời gian gần đây, các nhà nghiên cứu mới bắt đầu khám phá cách quang học cũng có thể thực hiện các tác vụ tính toán phức tạp.
Sau thành công của chip nguyên mẫu, nhóm nghiên cứu đang nỗ lực mở rộng công nghệ này thành các mạng nơ-ron quang học lớn hơn và mạnh mẽ hơn. Nếu công nghệ này tiếp tục cải thiện, phần cứng AI trong tương lai có thể xử lý thông tin không phải bằng điện mà bằng ánh sáng với tốc độ nhanh nhất có thể.
