A fény most már nemcsak megvilágít, hanem számol is. Kínai kutatók olyan optikai chipet fejlesztettek, amely 12,5 gigahertzes sebességgel dolgozza fel az adatokat – ez a technológia lehet az alapja a jövő mesterséges intelligenciájának. Az OFE2 nevű rendszer a fény hullámait használja számításra, és ezzel új korszakot nyit az optikai–elektronikus hibrid rendszerek világában.
Amikor a fény számolni kezd
A modern mesterséges intelligencia-alkalmazások – legyen szó sebészeti robotról, önvezető járműről vagy tőzsdei algoritmusokról – mind hatalmas adatfolyamokat elemeznek. A kulcskérdés: milyen gyorsan lehet ezekből a hatalmas adathalmazokból a lényeges információt kiszűrni? A hagyományos elektronikus processzoroknak megvannak a határai. Bár a számítási sebesség évről-évre nő, a hőtermelés, az energiafogyasztás és a fizikai korlátok gátat szabnak a fejlődésnek. Itt lép be a képbe a fény. Az optikai számítás lényege, hogy az információ nem elektromos áram, hanem fény formájában halad át a mikroszkopikus méretű struktúrákon. Ezek a beugrásokat és hajlásokat tartalmazó optikai elemek – úgynevezett diffrakciós operátorok – a fény hullámfrontját módosítva végeznek számításokat. Míg a hagyományos számítógép bitről bitre dolgozik, a fény párhuzamosan képes hatalmas mennyiségű adatot feldolgozni – rendkívül gyorsan és energiahatékonyan.
A 12,5 gigahertzes áttörés
A Tsinghua Egyetem kutatócsoportja, Hongwei Chen professzor vezetésével, most elérte azt, ami eddig szinte lehetetlennek tűnt: sikerült stabil, 12,5 gigahertzes frekvencián működő optikai számítási rendszert létrehozni. A fejlesztés részleteit az Advanced Photonics Nexus folyóiratban mutatták be. Az OFE2 nevű „optikai motor” integrált chipre épül, amely a fényjeleket előkészíti és több párhuzamos csatornára osztja. Az apró, beépített teljesítményosztók és precíziós késleltető vonalak gondoskodnak arról, hogy a fényhullámok tökéletesen fázisban maradjanak. Mivel minden alkatrész egyetlen lapkán helyezkedik el, nincs szükség üvegszálas kapcsolatokra, így elkerülhetők a rezgések és fáziseltolódások okozta zavarok. Egy további fázisvezérlő egységnek köszönhetően az OFE2 rugalmasan konfigurálható: a rendszer ugyanúgy képes képfeldolgozásra, mint valós idejű pénzügyi adatelemzésre.
Számítás hullámokkal – fizika a mesterséges intelligencia szolgálatában
Az OFE2 működése matematikailag a mátrix–vektor-szorzás elvére épül. A beérkező fényhullámok a chip optikai struktúráin megtörnek és összeadódnak, majd a kimeneten egy fényintenzitás-minta alakul ki. A minta helyzete és erőssége hordozza a számítás eredményét. A rendszer egyetlen műveletet kevesebb mint 250 pikoszekundum alatt végez el – ez egy negyedmilliárdod másodperc. „Meggyőződésünk, hogy ez a fejlesztés mérföldkő az integrált optikai számítás területén, és megnyitja az utat a tíz gigahertzes sebesség feletti valós alkalmazások előtt” – hangsúlyozza Chen professzor.
Amikor fényképeket értelmez
A kutatócsoport gyakorlati tesztekkel is bizonyította a technológia hatékonyságát. Az OFE2 képfeldolgozási feladatban például a képek éleit ismerte fel: két komplementer fényképet állított elő – egy „dombormű” és egy „metszet” nézetet –, amelyek segítségével a mesterséges neurális hálózat pontosabban tudta azonosítani a tárgyakat. A módszer különösen energiatakarékos, mert a fény alapú előfeldolgozás után az elektronikus hálózat kevesebb paraméterrel dolgozik. Ez kisebb, gyorsabb és hatékonyabb mesterséges intelligencia-modelleket eredményez, amelyek ideálisak például orvosi eszközökben vagy hordozható készülékekben.
Fény a tőzsdén – döntés fénysebességgel
A rendszer a pénzügyi szektorban is ígéretesnek bizonyult. A kutatók olyan tesztet végeztek, amelyben az OFE2 valós idejű árfolyamadatokat kapott, majd rövid tanulási fázis után vételi vagy eladási javaslatokat adott. A különlegesség: a teljes folyamat fénysebességgel zajlott, szinte teljesen kiküszöbölve az elektronikus feldolgozásból eredő késleltetést. Ez a technológia a jövőben döntő előnyt jelenthet a nagyfrekvenciás kereskedelemben, ahol ezredmásodpercek is milliós különbséget okozhatnak.
Az új hibrid korszak kezdete
Chen professzor szerint az OFE2 az első lépés a hibrid mesterséges intelligencia-rendszerek felé, ahol az optikai és elektronikus technológiák együtt dolgoznak. Az optikai modul végzi a villámgyors, energiaigényes számításokat, míg az elektronikus feldolgozás felel az eredmények továbbításáért és értelmezéséért. „A tanulmányunkban bemutatott fejlesztés új szintre emeli az integrált optikai számítást, és támogatja a nagy számítási igényű szolgáltatásokat, például a képfelismerést, az orvosi döntéstámogatást és a digitális pénzügyi elemzéseket” – foglalta össze Chen. A jövő mesterséges intelligenciája tehát lehet, hogy nem árammal, hanem fénnyel gondolkodik – fénysebességgel.
Kép: H. Chen, Tsinghua University
