Nieuwe ultracompacte chip op basis van licht verwerkt gegevens met de snelheid van het licht en laat een hoge nauwkeurigheid zien

Naarmate de modellen voor kunstmatige intelligentie steeds complexer worden, heeft traditionele elektronische hardware moeite om aan de eisen voor rekensnelheid en energie te voldoen. Conventionele computerchips verwerken informatie door elektrisch geladen deeltjes rond te duwen, een proces dat inherent veel warmte genereert en enorme hoeveelheden stroom vereist terwijl het warmte genereert. Om dit knelpunt in de informatica te overwinnen, hebben onderzoekers van de Universiteit van Sydney een ultracompacte fotonische chip ontworpen die wiskundige berekeningen uitvoert met behulp van licht.

De onderzoekers ontwikkelden deze processor met behulp van geavanceerde computersimulaties die precies in kaart brengen hoe lichtgolven op elkaar inwerken binnen driedimensionale ruimtes. Deze ontwerpmethode stelt hen in staat om minuscule, fysieke bouwstenen - elk kleiner dan een golflengte van licht - te gebruiken als instelbare gegevenspunten. Deze specifieke aanpak levert een verbazingwekkende computerdichtheid op van ruwweg 400 miljoen parameters per vierkante millimeter. De resulterende nanostructuren zijn ongelooflijk klein en meten slechts tientallen micrometers in doorsnee, wat ongeveer vergelijkbaar is met de breedte van een menselijke haar.

Terwijl licht door deze ingewikkelde nanostructuren valt, voert de fysieke geometrie van de chip automatisch de wiskundige bewerkingen uit die nodig zijn voor machinaal leren. Omdat het hele systeem werkt op basis van de beweging van fotonen, worden berekeningen in triljoenen van seconden uitgevoerd.

Om het prototype te valideren, belastte het onderzoeksteam het fotonische neurale netwerk met het classificeren van meer dan 10.000 biomedische beelden, waaronder borst-, borst- en buikscans. Het systeem behaalde een classificatienauwkeurigheid van ongeveer 90% in fysieke experimenten en tot 99% in simulaties. Door de mogelijkheden van kunstmatige intelligentie rechtstreeks in structuren op nanoschaal in te bouwen, hebben de onderzoekers een zeer schaalbaar, energie-efficiënt platform gecreëerd dat de enorme ecologische voetafdruk van toekomstige computerinfrastructuur drastisch zou kunnen verminderen.