SiPh: Исследователи разработали «невзламываемый» компьютерный чип

Научные сотрудники Университета Пенсильвании разработали новый компьютерный чип, который функционирует на свете, а не на электричестве. Это открытие обещает существенно ускорить обучение моделей искусственного интеллекта (ИИ), повысив скорость передачи данных и уменьшив электроэнергию, необходимую для их работы.

Сегодня человечество создаёт суперкомпьютеры экзаскейл-класса, способные выполнять квинтиллион операций в секунду. Несмотря на рост мощности вычислений, современные технологии всё ещё основаны на принципах 1960-х годов.

В последнее время учёные активно занимаются разработкой вычислительных систем на основе квантовой механики, однако до их широкого внедрения ещё далеко. В то же время, растущая потребность в обработке огромных объёмов данных для ИИ повышает требования к вычислительным мощностям и приводит к увеличению энергопотребления.

Группа исследователей под руководством профессора Надера Энгхата из Школы инженерии и прикладных наук разработала чип на основе кремниевой фотоники (SiPh), который выполняет математические расчёты, используя свет. Свет является самым быстрым способом передачи данных, а использование широко доступного кремния позволяет быстро масштабировать технологию.

Основной целью исследователей было создание чипа, способного выполнять операции векторно-матричного умножения, широко применяемые в нейронных сетях, лежащих в основе разработки современных ИИ-моделей.

Вместо полного переосмысления процесса изготовления, исследователи изменили высоту чипа в определённых местах, чтобы контролировать распространение света внутри него. Это позволило свету передвигаться строго по прямой, не рассеиваясь внутри чипа.

Разработанный чип, который невозможно взломать, уже готов к внедрению. Исследователи сотрудничали с коммерческой фабрикой для изготовления своих SiPh-чипов, адаптировав их дизайн под существующие на рынке размеры.

Фироз Афлатуни, доцент кафедры электротехники и системного инжиниринга университета, отметил, что эти чипы могут заменить графические процессоры (GPU), используемые компаниями для обучения и классификации ИИ-моделей. SiPh-чипы могут служить дополнением к существующей инфраструктуре, используемой компаниями в области ИИ.

Кроме того, чипы SiPh позволяют выполнять вычисления быстрее и с меньшим энергопотреблением, а также решают проблемы конфиденциальности данных. Благодаря возможности параллельного выполнения множества вычислений, информация не нуждается в хранении в оперативной памяти во время обработки, что делает невозможным несанкционированный доступ к данным.

Результаты исследования были опубликованы сегодня в журнале Nature Photonics.