Жасанды интеллект (ЖИ) қазіргі заманғы технологиялардың ажырамас бөлігіне айналып, бет-әлпетті тану мен мәтінді автоматты түрде аудару сияқты функцияларды қамтамасыз етеді. Алайда ЖИ-модельдері күрделене түскен сайын олардың энергия тұтынуы да артып, бұл энергия тиімділігі мен тұрақты даму үшін маңызды мәселелер туғызады. Флорида университетінің зерттеушілері осы проблеманы шешудің инновациялық жолын ұсынды — олар электр қуатының орнына жарықты пайдаланатын жаңа чип жасап шығарды. Бұл чип ЖИ-дің ең ресурсты қажет ететін тапсырмаларының бірін орындауға арналған. Зерттеу нәтижелері Advanced Photonics журналында жарияланды.

ЖИ-дің энергия тиімділігіндегі серпіліс

Жаңа чип машиналық оқытуда маңызды рөл атқаратын — конволюция операцияларын орындауға арналған. Бұл процесс ЖИ жүйелеріне суреттерде, видеоларда және мәтіндерде үлгілерді тануға мүмкіндік береді. Әдетте мұндай есептеулер айтарлықтай ресурстарды қажет етеді. Ғалымдар оптикалық компоненттерді тікелей кремний чипіне біріктіру арқылы деректерді лазерлік жарық пен микроскопиялық линзалар көмегімен өңдейтін жүйе жасап, энергия шығынын едәуір азайтып, деректерді өңдеу жылдамдығын арттырды.

Зерттеу жетекшісі, жартылай өткізгіш фотоника профессоры Фолкер Й. Зоргердің айтуынша, машиналық оқытудың негізгі есептеулерін дерлік энергия шығынынсыз орындау — болашақ ЖИ жүйелері үшін маңызды қадам. Ол мұндай технологиялар жасанды интеллект дамуы үшін аса қажет екенін атап өтті.

Чиптің технологиялық ерекшеліктері

Тесттер барысында чип прототипі қолжазба сандарды шамамен 98% дәлдікпен жіктей алды, бұл дәстүрлі электронды чиптермен салыстыруға болады. Жүйеде Френель линзаларының екі жиынтығы қолданылады — бұл стандартты жартылай өткізгіш технологияларымен жасалған, шамамен адам шашының қалыңдығындай ультра жұқа, жалпақ линзалар. Бұл линзалар тікелей чиптің өзіне гравировка жасалған.

Конволюцияны орындау үшін машиналық оқыту деректері алдымен чипте лазерлік жарыққа айналады. Содан кейін жарық Френель линзалары арқылы өтіп, математикалық түрлендіруден өтеді, соңында нәтиже қайтадан сандық сигналға айналып, ЖИ тапсырмасын аяқтауға мүмкіндік береді.

Зерттеу авторларының бірі, доцент Ханбо Ян алғаш рет мұндай оптикалық есептеулерді чипте жүзеге асырып, оны ЖИ нейрондық желісіне қолдану мүмкін болғанын атап өтті.

Фотониканың ауқымдылығы мен артықшылықтары

Зерттеу тобы чиптің бірнеше дерек ағынын бір уақытта өңдей алатынын көрсетті, бұл үшін түрлі түсті лазерлер қолданылады — бұл әдіс толқын ұзындығы бойынша мультиплекстеу деп аталады. Янның айтуынша, бір линза арқылы бірнеше жарық толқынын бір мезгілде өткізу — фотониканың басты артықшылықтарының бірі.

Зерттеу Флорида жартылай өткізгіш институты, Лос-Анджелестегі Калифорния университеті және Джордж Вашингтон университетімен бірлесіп жүргізілді. Зоргердің айтуынша, NVIDIA сияқты чип өндірушілер қазірдің өзінде кейбір ЖИ жүйелерінде оптикалық элементтерді пайдаланып жүр, бұл жаңа технологияларды интеграциялауды жеңілдетуі мүмкін.

Ғалымдардың пікірінше, жақын болашақта чиптегі оптика әрбір күнделікті қолданылатын ЖИ-чиптің ажырамас бөлігіне айналады, ал жасанды интеллект үшін оптикалық есептеулер — саланың келесі даму кезеңі болмақ.