Как технологията на маяците от 19-и век помага за развитието на изкуствения интелект днес

Изкуственият интелект навлиза все по-дълбоко в технологиите от ежедневието – от системите за разпознаване на лица до услугите за превод. Но днешните AI модели изискват огромни количества енергия, за да функционират и енергийната ефективност се превръща в основен ограничител за бъдещото им развитие.

Изследователи от Университета на Флорида са предложили решение: нов чип, който използва не само електричество, но и светлина, за да изпълнява една от най-ресурсоемките задачи в машинното обучение.

Разработката се основава на конволюционни операции – математически изчисления, които позволяват на алгоритмите да разпознават модели в изображения, видеоклипове и текстове. Те заемат лъвския пай от ресурсите при работата на AI. В новата архитектура изследователите са вградили оптични елементи директно в силициевата подложка. Лазерният лъч и микроскопичните лещи извършват конволюциите по-бързо, като същевременно изискват значително по-малко енергия.

„Възможността за извършване на ключови изчисления за машинно обучение почти без консумация на енергия е истинският пробив, необходим за изграждането на AI възможности през следващите години.“

заяви ръководителят на проекта професор Фолкер Й. Соргер, който ръководи катедрата по полупроводникова фотоника в Университета на Флорида

Прототипът вече е показал практически резултати: при тестове той класифицира ръкописни цифри с точност около 98%, което е сравнимо с конвенционалните електронни чипове.

Системата се основава на две двойки лещи на Френел – ултратънки плоски структури, подобни на тези, използвани в маяците, но всяка от тях е по-тънка от човешки косъм. Лещите са гравирани върху чипа с помощта на стандартни техники от полупроводниковата индустрия. При изчисленията данните се преобразуват в лазерна светлина, преминават през лещите, където се извършва математическо преобразуване, и след това резултатът се връща в цифрова форма за обработка от AI моделите.

„За пръв път подобни оптични изчисления са реализирани на чип и са приложени директно към невронни мрежи.“

подчертава съавторът Хангбо Янг, професор изследовател и член на групата на Соргер

Едно от ключовите предимства е възможността за паралелна обработка на потоци от данни. За тази цел екипът използва мултиплексиране на дължината на вълната: различни лазери с различни цветове могат да преминават едновременно през лещата, извършвайки няколко операции наведнъж. Този подход сериозно подобрява производителността на системата.

В проекта участват специалисти от Института за полупроводници във Флорида, Калифорнийския университет в Лос Анджелис и Университета „Джордж Вашингтон“. Според Соргер водещи компании като Nvidia вече използват оптични компоненти в своите системи с изкуствен интелект, което означава, че преходът на новата технология към търговски решения може да бъде сравнително бърз.

„В близко бъдеще оптичните елементи ще бъдат част от всеки AI чип, който се използва ежедневно, a оптичните изчисления за изкуствен интелект са следващата стъпка.“

отбеляза Соргер

По този начин новата разработка обещава да намали значително консумацията на енергия, като същевременно запази висока изчислителна точност. Ако технологията излезе извън рамките на лабораторията, светлинните чипове биха могли да се превърнат в основа на множество познати инструменти за изкуствен интелект – от офис приложения до системи за контрол на производството.