Un nuovo chip ottico usa la luce per eseguire compiti complessi di intelligenza artificiale, come il riconoscimento immagini, riducendo il consumo energetico fino al 99%. Una svolta per l’AI veloce, sostenibile e ad alte prestazioni
Prestazioni AI al massimo con il nuovo chip a base di luce.
Un team di ingegneri ha sviluppato un innovativo chip per computer che utilizza la luce al posto dell’elettricità per eseguire una delle operazioni più complesse dell’intelligenza artificiale: il riconoscimento delle immagini e l’identificazione di schemi visivi.
Grazie alla tecnologia ottica, questi chip riducono drasticamente il consumo energetico, raggiungendo un’efficienza fino a 100 volte superiore rispetto ai chip tradizionali. Un passo decisivo per contenere la crescente domanda di elettricità causata dai sistemi AI e per potenziare le prestazioni dei modelli di apprendimento automatico.
Il cuore di questa innovazione è la “convoluzione”, una tecnica fondamentale nel machine learning per elaborare foto, video e persino linguaggio. Mentre i chip convenzionali richiedono enormi risorse computazionali, i nuovi chip ottici sfruttano laser e lenti microscopiche integrate nei circuiti per eseguire convoluzioni in modo più veloce ed efficiente.
«Eseguire un calcolo chiave del machine learning con un consumo energetico quasi nullo rappresenta un salto evolutivo per i sistemi di intelligenza artificiale del futuro», ha dichiarato Volker J. Sorger, Ph.D. (1), professore titolare della cattedra Rhines in Fotonica dei semiconduttori presso l’University of Florida.
«È fondamentale per continuare a potenziare le capacità dell’AI nei prossimi anni».
Per la prima volta, un team di ricerca ha integrato questo tipo di calcolo ottico direttamente su un chip e lo ha applicato a una rete neurale artificiale.
«Nessuno aveva mai realizzato una computazione ottica su chip per l’intelligenza artificiale», ha spiegato Hangbo Yang, Ph.D. (2), professore associato nel gruppo di Sorger e co-autore dello studio.
Chip Ottico Rivoluzionario: Collaborazione Internazionale e Prestazioni AI Ultra-Efficienti
Il team guidato dal dottor Volker J. Sorger ha collaborato con ricercatori del Florida Semiconductor Institute dell’University of Florida, dell'University of California, Los Angeles e della George Washington University per sviluppare un chip AI innovativo. I risultati dello studio, sostenuto dall’Office of Naval Research, sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Photonics (3).
Il chip prototipo utilizza due serie di lenti di Fresnel miniaturizzate, prodotte con processi industriali standard. Queste lenti bidimensionali, simili a quelle impiegate nei fari, sono sottilissime — più piccole di un capello umano. I dati di machine learning, come immagini o schemi da riconoscere, vengono convertiti in luce laser direttamente sul chip, attraversano le lenti e vengono poi riconvertiti in segnali digitali per completare l’elaborazione AI.
Questo sistema di convoluzione basato su lenti non solo migliora l’efficienza computazionale, ma riduce anche i tempi di elaborazione. L’uso della luce al posto dell’elettricità offre ulteriori vantaggi: il chip progettato dal gruppo di Sorger può utilizzare laser di diversi colori per elaborare più flussi di dati in parallelo.
AI Ottica: Il Futuro dei Chip Passa dalla Luce Multicolore
«Possiamo far passare più lunghezze d’onda — o colori — di luce attraverso la lente contemporaneamente», ha spiegato Hangbo Yang, Ph.D. «Questo è uno dei vantaggi chiave della fotonica».
I produttori di chip, come il leader di settore NVIDIA, già integrano elementi ottici in diverse parti dei loro sistemi AI. Questo rende l’aggiunta delle lenti per convoluzione un’evoluzione naturale e perfettamente compatibile.
«Nel prossimo futuro, l’ottica su chip diventerà una componente fondamentale di ogni chip AI che utilizziamo quotidianamente», ha dichiarato Volker J. Sorger, Ph.D., vicedirettore per le iniziative strategiche presso il Florida Semiconductor Institute. «La computazione ottica per l’intelligenza artificiale è la prossima frontiera».
Riferimenti:
(1) Volker J. Sorger
(2) Hangbo Yang
(3) Near-energy-free photonic Fourier transformation for convolution operation acceleration
Descrizione foto: Un nuovo chip a semiconduttore fabbrica lenti in miniatura sul chip per eseguire calcoli utilizzando la luce anziché l'elettricità, aumentando notevolmente l'efficienza energetica e riducendo il tempo di esecuzione computazionale dei compiti comuni di intelligenza artificiale. - Credit: Hangbo Yang.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New light-based chip boosts power efficiency of AI tasks 100 fold