Los investigadores de la Universidad de Florida han desarrollado un nuevo chip que utiliza la luz en lugar de la electricidad para realizar una de las tareas más hambrientas de energía en inteligencia artificial, un avance que podría ayudar a abordar el creciente consumo de energía de modelos de IA complejos. La investigación, reportada en Fotónica avanzadadetalla un sistema que reduce drásticamente el uso de energía y acelera el procesamiento. A medida que los sistemas de IA se vuelven más centrales para la tecnología, su consumo de electricidad plantea desafíos significativos para la sostenibilidad. Este nuevo chip ofrece una solución potencial integrando componentes ópticos directamente en un chip de silicio para manejar una función de IA central.
Cómo funciona el chip óptico
El chip está diseñado específicamente para llevar a cabo operaciones de convolución, un proceso fundamental en el aprendizaje automático que permite a los sistemas de IA detectar patrones en imágenes, videos y texto. Estas operaciones generalmente requieren una gran cantidad de potencia informática. El nuevo sistema realiza estas convoluciones utilizando luz láser y lentes microscópicas. Los datos de aprendizaje automático se convierten primero en luz láser en el chip. Esta luz luego pasa a través de dos conjuntos de lentes de Fresnel en miniatura (versiones ultrathinas de las lentes que se encuentran en los faros) que están grabadas directamente sobre el chip y son más estrechas que un cabello humano. Estas lentes realizan la transformación matemática, y el resultado se convierte nuevamente en una señal digital para completar la tarea de IA.
«Realizar un cálculo clave de aprendizaje automático en Near Zero Energy es un salto hacia adelante para futuros sistemas de IA. Esto es fundamental para mantener la ampliación de las capacidades de IA en los próximos años».
dijo el líder del estudio Volker J. Sorger, profesor de la Universidad de Florida.
Rendimiento y ventajas
En las pruebas, el chip prototipo clasificó con éxito dígitos escritos a mano con aproximadamente el 98 por ciento de precisión, un nivel de rendimiento comparable a los chips electrónicos tradicionales. Una ventaja clave del enfoque fotónico es su capacidad para procesar múltiples flujos de datos al mismo tiempo. Mediante el uso de láseres de diferentes colores, una técnica conocida como multiplexación de longitud de onda, el chip puede manejar varias operaciones simultáneamente. «Podemos tener múltiples longitudes de onda, o colores de luz que pasen por la lente al mismo tiempo», dijo Hangbo Yang, profesor asociado de investigación y coautor del estudio. «Esa es una ventaja clave de la fotónica».
Integración futura
La investigación se realizó en colaboración con el Florida Semiconductor Institute, UCLA y la Universidad George Washington. Los investigadores señalaron que los principales fabricantes de chips como Nvidia ya usan elementos ópticos en algunos de sus sistemas de IA, lo que podría facilitar la integración de esta nueva tecnología. «En el futuro cercano, la óptica basada en chips se convertirá en una parte clave de cada chip de IA que usamos a diario», dijo Sorger. «Y la computación óptica de IA es la siguiente».
