Разработан трехмерный фотонно-электронный чип, позволяющий быстро и с минимальными затратами энергии передавать данные. По словам ученых, эта разработка способна предоставить аппаратуру для вычислений, которая давно необходима технологиям искусственного интеллекта.
Эффективность использования энергии и ограничения в передаче данных, такие как пропускная способность устройств, сдерживают развитие систем искусственного интеллекта. Эти трудности становятся более заметными по мере увеличения сложности и масштаба решаемых задач. Также, передача данных между процессорами и памятью в традиционных архитектурах вызывает задержки и снижает общую производительность системы.
Специалисты в области науки и техники работают над решением этих задач, стремясь сделать искусственный интеллект более доступным, производительным и экологически безопасным. Одним из возможных вариантов является внедрение фотонных технологий, которые позволяют передавать данные с помощью света, что значительно увеличивает скорость и снижает энергопотребление.
Специалисты из Колумбийского университета (США) разработали трехмерную фотонно-электронную платформу, которая отличается высокой энергоэффективностью и значительной плотностью пропускной способности. Новая платформа обеспечивает скорость передачи данных 800 гигабит в секунду при энергопотреблении 120 фемтоджоулей на бит. Детали работы опубликованы в журнале Nature Photonics.
Ученым удалось совместить фотонику и комплементарную металл-оксид-полупроводниковую (КМОП, CMOS) электронику. Это решение преодолевает давний энергетический барьер, который ограничивал перемещение данных в традиционных компьютерных системах и системах ИИ.
Трехмерный фотонно-электронный чип объединяет 80 фотонных передатчиков и приемников в компактном корпусе. Благодаря плотности пропускной способности, достигающей 5,3 терабита в секунду на квадратный миллиметр, это решение существенно превосходит существующие аналоги. Энергоэффективность составляет 50 и 70 фемтоджоулей на бит, передаваемый через передающие и приемные интерфейсы, соответственно, работающие на скорости 10 гигабит в секунду на канал.
Разработанная учеными конструкция соответствует требованиям, предъявляемым к коммерческим изделиям, производимым на современных полупроводниковых производствах с использованием кремниевых пластин диаметром 300 миллиметров. Это создает благоприятные условия для масштабного и оперативного внедрения новой чиповой архитектуры в серийное производство.
Новый чип обеспечивает эффективную передачу больших объемов данных для систем искусственного интеллекта, что необходимо для работы на распределенных архитектурах. Ранее это было невозможно из-за энергетических ограничений электроники и задержек при передаче сигнала. Найденное учеными решение может применяться и для высокопроизводительных вычислений, телекоммуникаций и систем с распределенной памятью, а не только для работы ИИ.