Две технологические компании представили компьютерные компоненты, использующие лазерный свет для обработки информации. Эти футуристические процессоры вскоре смогут решать реальные задачи быстрее и с меньшим энергопотреблением, чем обычные компьютеры. Объявления компаний знаменуют собой большой шаг вперед в развитии альтернативных подходов к вычислениям.
Компании Lightelligence из Бостона и Lightmatter из Маунтин-Вью, Калифорния, продемонстрировали, что компоненты на основе света, или фотонные компоненты, способны выполнять важные вычислительные задачи эффективнее традиционных электронных чипов.
«Они могут делать то, что важно для нас, и делать это лучше, чем электронные чипы, которые у нас уже есть», — говорит Энтони Риццо, инженер по фотонике из Дартмутского колледжа.
От передачи данных к вычислениям: свет начинает «делать математику»
Лазеры уже передают данные по всему миру по оптоволоконным кабелям, а фотоника активно используется в современных центрах обработки данных. В марте компания Nvidia, базирующаяся в Санта-Кларе, штат Калифорния, анонсировала новую технологию, которая применяет свет для передачи данных между устройствами. Однако, как подчеркивает Риццо, эти световые лучи пока не участвуют в вычислениях. Внутри обычных компьютеров входящие оптические сигналы преобразуются в медленные электронные сигналы единиц и нулей, проходящие через транзисторы.
В новых устройствах свет не просто передает информацию — он «делает математику», говорит Риццо. Оба устройства используют свет для выполнения операции умножения матриц — фундаментальной для большинства процессов искусственного интеллекта и многих других задач вычислений. Все остальные вычисления в этих системах пока остаются на электронных компонентах, что делает новые решения гибридными.
Время появления фотонных процессоров особенно важно. Модели искусственного интеллекта становятся всё более масштабными и требовательными к ресурсам, в то время как прогресс в традиционных электронных чипах замедляется. Долгое время индустрия следовала закону Мура: количество транзисторов на кристалле удваивалось каждые два года. Но физические пределы миниатюризации уже достигнуты.
«Компьютеры на базе обычных электронных чипов не станут лучше», — заявляет Ник Харрис, основатель и генеральный директор Lightmatter.
Что умеют фотонные процессоры сегодня
Устройство Lightelligence под названием PACE объединяет фотонный и электронный чип для ускорения вычислений при решении задач оптимизации, критически важных для таких отраслей, как финансы, производство и логистика. С другой стороны, устройство Lightmatter — более универсальный процессор, в котором объединены четыре световых чипа и два электронных. Эта система уже показала свою эффективность в работе с основными технологиями искусственного интеллекта, включая крупные языковые модели, подобные тем, что лежат в основе Chat-GPT.
Одной из главных проблем экспериментальных фотонных процессоров остается точность. Свет способен передавать широкий спектр значений, а не только простые 1 и 0, как в классической электронике. Любая небольшая ошибка в передаче сигнала может привести к существенным сбоям в вычислениях.
Тем не менее, по словам Харриса, «их новый процессор не является лабораторным прототипом. Это новый тип компьютера». Его слова подтверждают амбициозные планы обеих компаний: уже через несколько лет фотонные процессоры могут начать применяться в реальных условиях.
По мнению Риццо, фотонные компоненты можно производить на тех же фабриках и с использованием тех же технологических процессов, что и существующие электронные микросхемы. Это значительно ускорит интеграцию новой технологии в промышленное производство.
Эксперты считают, что фотонные процессоры найдут своё место в центрах обработки данных уже в ближайшие пять лет. Это открывает путь к созданию новых поколений вычислительных систем, способных справляться с нагрузками, которые сегодня кажутся недостижимыми для классических компьютеров.