Pesquisadores científicos anunciaram a criação de um chip de computador fotônico inovador, que utiliza luz em vez de eletricidade para efetuar operações de cálculo.

Este chip, conhecido como “light-speed”, foi desenvolvido com o propósito específico de aprimorar o treinamento de modelos de Inteligência Artificial.

Sua tecnologia promete aumentar significativamente a velocidade de processamento, oferecendo uma camada adicional de segurança, uma vez que é virtualmente imune a ataques de hackers.

Além disso, sua eficiência energética poderá resultar em redução do consumo de energia nos sistemas de computação de IA.

Desde a introdução dos chips de computador na década de 1960, o paradigma subjacente de seu design, baseado na utilização de eletricidade para realizar cálculos, tem permanecido praticamente inalterado. No entanto, à medida que os chips de computador se tornam cada vez mais rápidos, enfrentam a limitação imposta pelos princípios básicos da física.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Pensilvânia (Penn) uniu suas habilidades para superar essa barreira. O resultado é um microchip fotônico de silicone (SiPh) que utiliza ondas de luz em vez de eletricidade.

“Decidimos unir forças”, comentou o professor Nader Engheta sobre a colaboração com o professor associado de Engenharia Elétrica e de Sistemas, Firooz Aflatouni. Esta parceria combinou a experiência de Engheta na manipulação de materiais em nanoescala para realizar cálculos matemáticos utilizando luz, com o conhecimento da equipe de Aflatouni em dispositivos de silício em nanoescala.

Colaborando estreitamente com pesquisadores de ambos os laboratórios, a equipe se dedicou a desenvolver uma plataforma física para uma técnica conhecida como multiplicação de matriz vetorial. Segundo o comunicado à imprensa que apresenta a pesquisa conjunta, a multiplicação de matrizes vetoriais é “uma operação matemática essencial para o desenvolvimento e o funcionamento de redes neurais, a arquitetura de computador que alimenta as ferramentas de IA atuais”.

Os pesquisadores destacam que o cerne do sucesso na criação de seu chip de computador fotônico funcional foi a habilidade de manipular o silício em escala nano. Essa capacidade foi essencial, especialmente considerando que os chips de silício convencionais possuem uma altura uniforme, ao passo que o chip fotônico planejado necessitava de variações na altura para operar de maneira eficaz.

“Primeiro, você torna o silício mais fino, digamos 150 nanômetros”, explicou Engheta. Entretanto, essa disparidade de altura precisa ser colocada exatamente nos locais corretos do chip.

Se feitas corretamente, os pesquisadores dizem que essas variações de altura “fornecem um meio de controlar a propagação da luz através do chip, uma vez que as variações de altura podem ser distribuídas para fazer com que a luz se espalhe em padrões específicos”. O resultado é um verdadeiro chip fotônico capaz de “realizar cálculos matemáticos na velocidade da luz”.

O recentemente desenvolvido chip de computador fotônico da equipe, publicado na revista Nature Photonics, apresenta diversas vantagens em comparação com os chips de computador convencionais. Em primeiro lugar, um chip alimentado por luz é capaz de realizar cálculos à velocidade da luz, explorando os limites da física. Além disso, o design do chip fotônico consome menos energia em comparação com os chips convencionais. Os pesquisadores destacam que essa é uma vantagem crucial, uma vez que o consumo de energia representa uma das principais limitações no aumento da velocidade e da capacidade de processamento.

Os pesquisadores ressaltam ainda que seu chip fotônico tem a capacidade de realizar múltiplos cálculos simultaneamente, eliminando a necessidade de armazenar informações sensíveis na memória de trabalho do computador. Como resultado, afirmam que o computador se torna essencialmente “à prova de hackers”.

“Ninguém pode invadir uma memória inexistente para acessar suas informações”, diz Aflatouni.

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Possivelmente ainda mais notável, a equipe declara que, graças às “restrições” mínimas impostas pelo fabricante, seu novo chip fotônico está pronto para uso imediato. Na verdade, eles afirmam que o chip, construído com silício amplamente acessível, poderia ser prontamente integrado em unidades de processamento gráfico (GPUs), fundamentais para avanços em sistemas de Inteligência Artificial.

“Eles podem adotar a plataforma da Silicon Photonics como um complemento”, diz Aflatouni, “e assim você pode acelerar o treinamento e a classificação.”

Via: The Debrief