Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Інженери з Пенсильванського університету створили перший у світі програмований фотонний чип, здатний навчати нейронні мережі лише за допомогою світла. Цей технологічний прорив відкриває перспективу надшвидкого та енергоефективного штучного інтелекту, що не потребує електронних компонентів. Унікальність розробки полягає у використанні світлових променів не тільки для обчислень, а й для створення нелінійних функцій, критичних для глибокого навчання.
На відміну від традиційних електронних систем, новий фотонний чип реалізує складні математичні операції, маніпулюючи властивостями самого світла. Дослідження, опубліковане в журналі Nature Photonics, підтвердило ефективність такого підходу при виконанні завдань машинного навчання. Це відкриває шлях до створення повноцінних світлових комп’ютерів, які зможуть працювати у реальному часі без надмірного споживання енергії.
Як світло стало основою навчання ШІ
Ключовим досягненням дослідників стало подолання фундаментальної обмеженості попередніх фотонних систем — відсутності можливості реалізації нелінійних функцій. Саме ці функції дозволяють штучним нейронним мережам “навчатися” та виявляти складні закономірності. Без них, навіть з великою кількістю шарів, система лишається простою лінійною моделлю без справжнього інтелекту.
Команда використала спеціальний напівпровідниковий матеріал, що змінює свою оптичну поведінку під дією двох світлових пучків. Один пучок переносить вхідні дані, інший — управляє реакцією матеріалу. Завдяки зміні інтенсивності другого променя вчені досягають різних математичних трансформацій в середині чипа, і таким чином “перепрограмовують” його для виконання конкретних завдань.
Технологія, яка змінює форму світла
Фотонний чип здатен динамічно адаптуватися до різних завдань без потреби у фізичному модифікуванні структури. Замість цього світло використовується для створення тимчасових оптичних схем всередині матеріалу. Такий підхід значно перевершує попередні рішення, які залишались статичними після виготовлення та не допускали змін у логіці обчислень.
Результатом стало створення гнучкої платформи, яка може виконувати широке коло функцій і змінювати своє програмне забезпечення в реальному часі. Це дозволяє чипу ефективно навчатися на зворотному зв’язку та вирішувати завдання, які раніше були доступні лише потужним електронним системам з високим енергоспоживанням.
Випробування швидкістю світла
Інженери протестували чип на вирішенні стандартних задач машинного навчання, включаючи розпізнавання шаблонів і класифікацію даних. Чип досяг точності понад 97% у задачі з нелінійним розділенням і понад 96% на наборі даних квітки ірису. При цьому він виконав обчислення з меншими витратами ресурсів, ніж традиційні цифрові моделі.
Особливо вражає, що всього чотири оптичні з’єднання на фотонному чипі дорівнюють ефективності двадцяти електронних у класичних нейромережах. Це підтверджує потенціал технології масштабуватися та замінювати значно більші й менш ефективні електронні рішення.
Вектор подальших досліджень
На поточному етапі чип орієнтований на роботу з поліноміальними функціями — базовими, але достатньо потужними для більшості завдань. Дослідники переконані, що у майбутньому їх метод дозволить реалізувати ще складніші функції, включно з експонентами, логарифмами чи інверсіями. Це суттєво розширить сферу застосування фотонних чипів.
Зменшення енергоспоживання при виконанні обчислень — ще одна перевага цієї технології. Враховуючи глобальні витрати енергії на навчання ІІ, перехід до оптичних компонентів здатен суттєво знизити навантаження на енергетичні системи та зробити штучний інтелект екологічнішим.
Потенціал фотонної революції
Фахівці вважають, що ця розробка — лише початок великої технологічної зміни. Можливість повноцінно програмувати світлові чипи відкриває перспективи створення фотонних комп’ютерів, які працюватимуть на швидкості світла. Такий підхід міг би радикально змінити архітектуру обчислювальних систем, зменшивши їх розмір, енергоспоживання і час навчання нейромереж.
Проект підтримали провідні наукові та оборонні агентства США, зокрема DARPA і Національний науковий фонд. Враховуючи історичну роль Університету Пенсильванії як місця народження першого цифрового комп’ютера ENIAC, нинішній фотонний чип може стати наступним кроком у новій епосі обчислень.
Нагадаємо, раніше ми писали про розвиток роботів в терапії аутизму.
