El MIT creó un procesador fotónico para IA de alta velocidad y bajo consumo

Un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts y sus colegas extranjeros. creadoafirman ser el primer procesador totalmente fotónico para aplicaciones de inteligencia artificial. El procesador fotónico no funciona peor que sus homólogos con transistores de silicio, pero realiza cálculos con un consumo de energía mucho menor. Esto es especialmente importante para la creación de periféricos “pensantes”: lidares, cámaras, dispositivos de comunicación y otros, a los que ahora se abre un camino directo.

El principal desafío al crear un chip totalmente fotónico para IA es que la luz es buena para el cálculo lineal, mientras que el cálculo no lineal requiere un consumo de energía significativo. Para realizar esto último se necesitan bloques especiales, porque los fotones reaccionan entre sí sólo en condiciones especiales. Por lo tanto, las operaciones anteriormente lineales, por ejemplo, la multiplicación de matrices, se llevaban a cabo mediante una unidad fotónica, y para cálculos no lineales, la señal luminosa se convertía en forma de pulso eléctrico y luego se procesaba a la antigua usanza: mediante un procesador convencional fabricado de transistores de silicio.

Los científicos del MIT se propusieron crear un procesador único que tuviera una señal luminosa en la entrada y una señal luminosa en la salida sin el uso de coprocesadores de silicio. Según ellos, gracias a trabajos anteriores y a las conclusiones de colegas extranjeros, lograron su objetivo.

El dispositivo óptico que desarrollaron los investigadores pudo realizar cálculos clave para una tarea de clasificación utilizando el aprendizaje automático en menos de medio nanosegundo, al tiempo que logró una precisión de más del 92 %, un rendimiento que está a la par con los equipos tradicionales. El chip creado consta de módulos interconectados que forman una red neuronal óptica y se fabrica mediante procesos litográficos comerciales, que pueden garantizar la escalabilidad de la tecnología y su integración en la electrónica moderna.

Los científicos han solucionado el problema de una manera interesante mediante cálculos fotónicos no lineales. Desarrollaron la unidad NOFU, una unidad funcional óptica no lineal integrada en el procesador óptico, que permitía utilizar circuitos electrónicos junto con circuitos ópticos, pero sin cambiar a operaciones externas. Aparentemente, el bloque NOFU se eligió como un compromiso entre circuitos no lineales puramente fotónicos y circuitos electrónicos clásicos.

En primer lugar, el sistema codifica los parámetros de la red neuronal profunda en pulsos de luz. Luego, una serie de divisores de haz programables realiza la multiplicación matricial de los datos de entrada. Luego, los datos se transfieren a la capa programable NOFU, donde se implementan funciones no lineales transmitiendo señales de luz a fotodiodos. Estos últimos, a su vez, traducen la señal luminosa en impulsos eléctricos. Dado que esta etapa no requiere amplificación externa, las unidades NOFU consumen muy poca energía.

“Permanecemos en el dominio óptico todo el tiempo, hasta el final, cuando queremos leer la respuesta. Esto nos permite lograr una latencia ultrabaja”. – dicen los autores del estudio.