Sztuczna inteligencja rozwija się w tempie, które zapiera dech w piersiach, ale jej apetyt na energię elektryczną rośnie równie gwałtownie. Chyba właśnie znaleziono coś, by zdusić apetyt AI na energię, jednocześnie zwiększając jej potencjał.
Centra danych, będące sercem tej rewolucji, zużywają już tyle prądu, co całe państwa, a eksperci zaczynają ostrzegać przed „recesją AI”, w której koszt utrzymania systemów zahamuje ich dalszy rozwój. Naukowcy z Uniwersytetu Florydy znaleźli jednak rozwiązanie, które brzmi jak fantastyka naukowa – zaprzęgli do pracy światło. Stworzyli rewolucyjny chip, który wykonuje najbardziej złożone obliczenia AI, zużywając przy tym znikomą ilość energii.
„Bez nich nie byłoby OpenAI”. Sam Altman ujawnia kluczową rolę Polaków w stworzeniu GPT-4
Odkrycie, którego szczegóły opublikowano na łamach prestiżowego czasopisma naukowego „Advanced Photonics”, może stać się kamieniem milowym na drodze do stworzenia potężnej, a jednocześnie zrównoważonej sztucznej inteligencji. To technologia, która zamiast rozgrzanych do czerwoności tranzystorów, wykorzystuje elegancję i niezwykłą wydajność fotonów.
Konwolucja, czyli maraton przez każdy piksel
Współczesna sztuczna inteligencja, zwłaszcza ta odpowiedzialna za rozpoznawanie obrazów, analizę wideo czy tłumaczenie języków, opiera się na tak zwanych konwolucyjnych sieciach neuronowych (CNN). Ich działanie można porównać do niezwykle skrupulatnego analityka, który przesuwa cyfrową lupę (nazywaną jądrem lub filtrem) po każdym fragmencie obrazu, by wychwycić istotne cechy – krawędzie, kształty czy tekstury.
Ten proces, zwany konwolucją, jest niezwykle skuteczny, ale i niewyobrażalnie energochłonny. To właśnie on odpowiada za ponad 90% energii zużywanej przez sieci neuronowe. Dotychczasowe, elektroniczne metody obliczeń przypominają brutalną siłę – to jak „biegnięcie maratonu przez każdy piksel obrazu”, co generuje ogromne ilości ciepła i wymaga potężnych systemów chłodzenia.
Zamiast prądu – promień lasera
Zespół z Uniwersytetu Florydy, we współpracy z naukowcami z UCLA i George Washington University, postanowił obejść ten problem. Zamiast zmuszać elektrony do żmudnych obliczeń, wykorzystał fakt, iż pewne operacje matematyczne, takie jak transformata Fouriera, można wykonać niemal bezkosztowo dzięki światła i soczewek.
Tak powstał fotoniczny korektor transformaty sprzężonej (pJTC) – chip, który jest miniaturowym cudem optyki. Zamiast tradycyjnych obliczeń, układ ten najpierw zamienia dane na światło lasera. Następnie promień przechodzi przez zestaw mikroskopijnych, wyrytych bezpośrednio w krzemie soczewek Fresnela – płaskich, cieńszych od ludzkiego włosa odpowiedników soczewek znanych z latarni morskich. To właśnie one, załamując światło w precyzyjnie określony sposób, wykonują całą skomplikowaną matematykę w ułamku sekundy i praktycznie bez zużycia energii. Na końcu wynik jest z powrotem zamieniany na sygnał cyfrowy.
Efekt? Prototypowy układ potrafił rozpoznawać odręcznie pisane cyfry z 98-procentową skutecznością, dorównując tradycyjnym procesorom elektronicznym.
Magia zwielokrotnionej mocy
Prawdziwa potęga tej technologii tkwi jednak w jej skalowalności. Fotonika ma kluczową przewagę nad elektroniką – możliwość jednoczesnego przetwarzania wielu strumieni danych dzięki światła o różnych kolorach (długościach fali). Zjawisko to, zwane multipleksacją falową, pozwala na zwielokrotnienie mocy obliczeniowej bez znaczącego zwiększania rozmiaru czy poboru mocy chipu.
Przekładając to na liczby: w pełni rozwinięta architektura fotoniczna może osiągnąć wydajność na poziomie 305 bilionów operacji na sekundę na wat (305 TOPS/W). To wartość, która pozostawia daleko w tyle choćby najnowsze, potężne procesory graficzne. Dla porównania wydajność obliczeniowa topowego chipu NVIDIA Blackwell B200 w najszybszym formacie FP4 to „zaledwie” ok. 20 TOPS/W. Układ ten jest imponująco wydajny, co jednak nie zmienia faktu, iż wciąż o ponad rząd wielkości wolniejszy od wstępnego przecież potencjału chipów fotonicznych.
To odkrycie otwiera drzwi do przyszłości, w której potężna sztuczna inteligencja nie będzie luksusem zarezerwowanym dla gigantycznych, energochłonnych centrów danych. Energooszczędne chipy fotoniczne mogą stać się sercem wszystkiego – od autonomicznych samochodów i inteligentnych urządzeń na skraju sieci, po zaawansowane systemy diagnostyki medycznej. Jak podsumował jeden z liderów projektu, profesor Volker J. Sorger, w niedalekiej przyszłości optyka oparta na chipach stanie się, zdaniem profesora, kluczową częścią każdego układu AI, którego używamy na co dzień. A następna w kolejności jest optyka obliczeniowa AI.
Do poczytania: artykuł w Advanced Photonics oraz informacja źródłowa.
Szef Microsoft AI ostrzega. Nadchodzi AI, w której świadomość uwierzą miliony
Jeśli artykuł Światło w tunelu dla AI. Ten fotoniczny chip odmieni sztuczną inteligencję i zużywa 100 razy mniej energii nie wygląda prawidłowo w Twoim czytniku RSS, to zobacz go na iMagazine.
