Nytt ultrakompakt ljusbaserat chip bearbetar data med ljusets hastighet och uppvisar hög noggrannhet

I takt med att modellerna för artificiell intelligens blir alltmer komplexa har traditionell elektronisk hårdvara svårt att uppfylla kraven på beräkningshastighet och energi. Konventionella datorchip bearbetar information genom att flytta runt elektriskt laddade partiklar, en process som i sig genererar betydande värme och kräver enorma mängder ström samtidigt som den genererar värme. För att övervinna denna flaskhals har forskare vid University of Sydney konstruerat ett ultrakompakt fotoniskt chip som utför matematiska beräkningar med hjälp av ljus.

Forskarna har konstruerat processorn med hjälp av avancerade datorsimuleringar som exakt kartlägger hur ljusvågor interagerar i tredimensionella utrymmen. Denna designmetod gör det möjligt för dem att använda små, fysiska byggstenar - var och en mindre än en ljusvåglängd - som justerbara datapunkter. Detta specifika tillvägagångssätt ger en häpnadsväckande beräkningstäthet på cirka 400 miljoner parametrar per kvadratmillimeter. De resulterande nanostrukturerna är otroligt små och mäter bara tiotals mikrometer i diameter, vilket är ungefär jämförbart med bredden på ett mänskligt hårstrå.

När ljuset passerar genom dessa intrikata nanostrukturer utför chipets fysiska geometri automatiskt de matematiska operationer som krävs för maskininlärning. Eftersom hela systemet bygger på fotoners rörelse utförs beräkningarna på biljondelar av en sekund.

För att validera prototypen gav forskargruppen det fotoniska neurala nätverket i uppgift att klassificera över 10.000 biomedicinska bilder, inklusive skanningar av bröstkorg, bröst och buk. Systemet uppnådde en klassificeringsnoggrannhet på cirka 90% i fysiska experiment och upp till 99% i simuleringar. Genom att bygga in artificiell intelligens direkt i strukturer på nanonivå har forskarna skapat en mycket skalbar och energieffektiv plattform som drastiskt kan minska det stora miljöavtrycket från framtida datainfrastruktur.