Pesquisadores da Universidade da Flórida desenvolveram um novo chip que usa luz em vez de eletricidade para executar uma das tarefas mais famintas de energia na inteligência artificial, um avanço que poderia ajudar a abordar o crescente consumo de energia de modelos complexos de IA. A pesquisa, relatada em Fotônica avançadadetalha um sistema que reduz drasticamente o uso de energia e acelera o processamento. À medida que os sistemas de IA se tornam mais centrais para a tecnologia, seu consumo de eletricidade apresenta desafios significativos à sustentabilidade. Este novo chip oferece uma solução potencial, integrando componentes ópticos diretamente em um chip de silício para lidar com uma função principal da IA.
Como funciona o chip óptico
O chip foi projetado especificamente para realizar operações de convolução, um processo fundamental no aprendizado de máquina que permite que os sistemas de IA detectem padrões em imagens, vídeo e texto. Essas operações normalmente exigem uma grande quantidade de poder de computação. O novo sistema executa essas convoluções usando lentes de luz e microscópica a laser. Os dados de aprendizado de máquina são convertidos primeiro em luz a laser no chip. Essa luz passa por dois conjuntos de lentes em miniatura – versões ultrafinas e ultrafinas das lentes encontradas nos faróis – que são gravadas diretamente no chip e são mais estreitas que um cabelo humano. Essas lentes executam a transformação matemática e o resultado é convertido novamente em um sinal digital para concluir a tarefa de IA.
“A realização de uma computação importante de aprendizado de máquina em quase zero energia é um salto para os futuros sistemas de IA. Isso é fundamental para continuar dimensionando os recursos de IA nos próximos anos”.
disse o líder do estudo, Volker J. Sorger, professor da Universidade da Flórida.
Desempenho e vantagens
Nos testes, o protótipo Chip classificou com sucesso dígitos manuscritos com aproximadamente 98 % de precisão, um nível de desempenho comparável aos chips eletrônicos tradicionais. Uma vantagem importante da abordagem fotônica é sua capacidade de processar vários fluxos de dados ao mesmo tempo. Usando lasers de cores diferentes, uma técnica conhecida como multiplexação de comprimento de onda, o chip pode lidar com várias operações simultaneamente. “Podemos ter vários comprimentos de onda, ou cores, de luz passando pela lente ao mesmo tempo”, disse Hangbo Yang, professor associado de pesquisa e co-autor do estudo. “Essa é uma vantagem fundamental da fotônica”.
Integração futura
A pesquisa foi realizada em colaboração com o Florida Semiconductor Institute, UCLA, e George Washington University. Os pesquisadores observaram que os principais fabricantes de chips como a Nvidia já usam elementos ópticos em alguns de seus sistemas de IA, o que poderia facilitar a integração dessa nova tecnologia. “Em um futuro próximo, a óptica baseada em chip se tornará uma parte essencial de cada chip de IA que usamos diariamente”, disse Sorger. “E a computação óptica de IA é a próxima.”
