شريحة ذكاء اصطناعي فوتونية تحسب بسرعة الضوء: دقة 99% بدون ارتفاع درجات الحرارة

أنشأ علماء من جامعة سيدني نموذجًا أوليًا لمعالج نانو فوتوني للذكاء الاصطناعي يعالج البيانات باستخدام الضوء بدلاً من التيار الكهربائي وصنف عشرات الآلاف من الصور الطبية بدقة 99٪ في التجارب. تؤدي المعمارية الجديدة الحسابات في بيكو ثانية — تريليونات الثانية — وتلغي تماماً مشكلة توليد الحرارة التي تحد من أداء خوادم السيليكون الحديثة في مراكز البيانات.

كيف يعمل الشريحة الفوتونية

على عكس المعالجات التقليدية حيث يتم إجراء الحسابات بنقل الإلكترونات عبر ترانزستورات السيليكون، تستخدم شريحة النانو فوتونية الضوء لمعالجة المعلومات. يغير هذا النهج بشكل أساسي فيزياء القيود: التيار الكهربائي المتدفق عبر مليارات الترانزستورات في شريحة حديثة يولد حتماً حرارة، والكفاح ضد الارتفاع الزائد في درجة الحرارة هو أحد أهم مشاكل الهندسة التي تحد من نمو الكثافة الحسابية في مراكز البيانات التي تدرب وتخدم نماذج الذكاء الاصطناعي الكبيرة اليوم. الضوء، بخلاف التيار الكهربائي، يولد حرارة قليلة جداً عند مروره عبر المكونات البصرية للشريحة، مما يسمح للمعمارية الجديدة بتجنب هذه المشكلة من حيث المبدأ، بدلاً من محاربة عواقبها من خلال التبريد.

يندرج التطور من جامعة سيدني في اتجاه بحثي أوسع في السنوات الأخيرة: عدة مجموعات علمية حول العالم تعمل بالتزامن على معالجات بصرية وفوتونية كبديل محتمل للمعالجات التقليدية بالسيليكون بالضبط لمهام التعلم الآلي، حيث تنخفض الحسابات إلى كميات كبيرة من الضرب والإضافة — عمليات يمكن للضوء من حيث المبدأ تنفيذها بشكل أسرع وبفقدان أقل للطاقة من التيار الكهربائي في الترانزستورات.

ما الدقة والسرعة التي أظهرها النموذج الأولي

في التجارب، صنف النموذج الأولي بنجاح عشرات الآلاف من الصور الطبية بدقة تصل إلى 99٪، وهو ما يقارن بالنتائج المحققة من قبل نماذج رؤية الكمبيوتر الحديثة على أجهزة السيليكون التقليدية. في الوقت نفسه، تم إجراء الحسابات في بيكو ثانية — بسرعات أسرع من أوقات الاستجابة النموذجية للدوائر الإلكترونية. كان اختيار اختبار الصور الطبية تحديداً متعمداً: تصنيف الصور هو مهمة تكون فيها الدقة العالية (تكلفة الأخطاء في التشخيص عالية) ومعالجة سريعة لكميات كبيرة من البيانات مهمة بنفس القدر، مما يجعلها اختبارًا كاشفًا للمعمارية الجديدة.

الحقائق الرئيسية:

• المطور — علماء من جامعة سيدني
• الجهاز — نموذج أولي من معالج نانو فوتوني للذكاء الاصطناعي
• دقة التصنيف — تصل إلى 99٪ على عشرات الآلاف من الصور الطبية
• سرعة الحساب — بيكو ثانية (تريليونات الثانية)
• الميزة الرئيسية — عدم وجود مشكلة توليد الحرارة

لماذا قد يحل هذا مشكلة الارتفاع الزائد في درجة حرارة مركز البيانات

مراكز البيانات الحديثة التي تخدم تدريب واستدلال نماذج الذكاء الاصطناعي الكبيرة تواجه بشكل متزايد المشاكل ليس من نقص أنوية الحوسبة كما هي، بل من القيود المادية — استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة من خوادم السيليكون المعبأة بكثافة. تصبح كل جيل من وحدات معالجة الرسومات أكثر قوة، ولكن في نفس الوقت أكثر حرارة، مما يجبر مشغلي مراكز البيانات على الاستثمار في أنظمة تبريد أكثر تعقيداً وتكلفة بشكل متزايد، حتى التبريد بالسائل على مستوى الرفوف الفردية.

توفر المعمارية الفوتونية المعروضة في سيدني مسارًا مختلفًا بشكل أساسي: إذا لم تنتج الحسابات من حيث المبدأ كميات كبيرة من الحرارة، يمكن زيادة الكثافة الحسابية دون زيادة متناسبة في تكاليف التبريد. كان العقبة الرئيسية أمام انتقال هذه المعالجات من النماذج الأولية للمختبرات إلى المنتجات الصناعية تقليديًا ليس كثيراً جدوى النهج الأساسية — تم تأكيدها بشكل متكرر في التجارب من قبل مجموعات مختلفة في هذه المرحلة — بل تعقيد وتكلفة الإنتاج الضخم لرقائق فوتونية مقارنة بعقود من صناعة السيليكون المكررة. ومع ذلك، فإن كل نتيجة جديدة تظهر دقة مقارنة بالسيليكون في المهام التطبيقية الحقيقية، كما في حالة تصنيف الصور الطبية في سيدني، تقترب اللحظة التي تتوقف فيها الحوسبة الفوتونية عن كونها حصراً موضوع المنشورات الأكاديمية.

بالنسبة لمراكز البيانات التي تكافح بالفعل اليوم من أجل كل درجة من كفاءة التبريد، حتى الاستبدال الجزئي للعقد من السيليكون بعقد فوتونية في أنواع معينة من عمليات التحميل يمكن أن يقلل بشكل كبير التكاليف المتراكمة للكهرباء والبنية التحتية الهندسية.