Do quadrado ao cubo: Chip de luz para IA passa a ser 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/10/2023

Renderização artística do processador fotônico com os dados codificados em cores de luz e diversas frequências de rádio.
[Imagem: B.Dong/University of Oxford]

Hardware fotônico para IA

Um novo chip que mescla hardwares eletrônicos (que funcionam com eletricidade) com fotônicos (que funcionam com luz, visível ou não) promete dar um novo impulso às aplicações de inteligência artificial, cada vez mais sedentas por poder computacional.

O protótipo já superou os processadores eletrônicos estado da arte, mas ele representa apenas uma versão ainda não otimizada dessa tecnologia híbrida. Na verdade ele é uma versão melhorada de um protótipo anterior, um processador fotônico que faz inteligência artificial na velocidade da luz.

O uso da luz em vez da eletricidade permite usar múltiplas frequências - ou cores - para codificar diferentes canais de dados, sendo todos processados em paralelo, ou seja, realizando vários cálculos simultaneamente.

Agora, indo além desse paralelismo típico dos processadores de luz, a equipe adicionou uma dimensão extra à capacidade de processamento dos seus chips fotônicos - é como se o chip agora fosse 3D. Este processamento de "dimensionalidade superior" foi possibilitado pela exploração de múltiplas frequências de rádio diferentes na codificação dos dados, impulsionando o paralelismo a um nível muito além do alcançado anteriormente.

"Anteriormente, presumimos que o uso de luz em vez de eletrônica poderia aumentar o paralelismo apenas pelo uso de diferentes comprimentos de onda - mas então percebemos que o uso de frequências de rádio para representar dados abre ainda outra dimensão, permitindo processamento paralelo super rápido para hardware emergente de IA," disse o professor Bowei Dong, da Universidade de Oxford, no Reino Unido.

O processador é projetado para resolver matrizes na velocidade da luz.
[Imagem: Bowei Dong et al. - 10.1038/s41566-023-01313-x]

Novas dimensões de processamento

O protótipo ainda não é um processador genérico, mas um multiplicador de vetores de matrizes. Por sorte, isto significa que é ele bom em fazer operações exploradas justamente no campo da inteligência artificial.

Como teste de avaliação, a equipe aplicou seu novo hardware na tarefa de avaliar o risco de morte súbita em eletrocardiogramas de pacientes com doenças cardíacas. Eles conseguiram analisar com sucesso 100 sinais de eletrocardiograma simultaneamente, identificando o risco de morte súbita com precisão de 93,5%.

Os pesquisadores estimam ainda que, mesmo na pequena escala de 6 entradas x 6 saídas permitida por este protótipo de chip fotônico, esta abordagem pode superar o desempenho dos processadores eletrônicos de última geração, proporcionando potencialmente um aprimoramento de 100 vezes na eficiência energética e na densidade computacional.

Como próximos passos, a equipe prevê melhorias adicionais no paralelismo computacional, explorando mais graus de liberdade da luz, como polarização e multiplexação de modo, ou seja, adicionando novas "dimensões" ao processamento.

Mais tópicos