IA na velocidade da luz feita com processador fotônico de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/02/2024

Demonstração da fotônica no silício.
[Imagem: Engheta Lab/UPenn]

IA com luz

Há alguns anos, a equipe do professor Nader Engheta, da Universidade da Pensilvânia, vem usando a metatrônica para criar processadores fotônicos que fazem computação analógica com luz - tudo muito rápido e com um gasto mínimo de energia.

Nessas plataformas, os cálculos são resolvidos na hora, essencialmente sem um computador no sentido tradicional.

Agora, o professor Engheta uniu-se ao seu colega Firooz Aflatouni, que recentemente apresentou um processador de luz que classifica dois bilhões de imagens por segundo, unindo as duas plataformas tecnológicas para criar uma nova categoria de processadores de luz, ou processadores fotônicos, talhados para resolver os problemas típicos da inteligência artificial.

O novo processador é baseado na fotônica do silício, o que significa que ele junta a velocidade e a economia de energia da computação fotônica com a facilidade de fabricação da tecnologia do silício, usada na microeletrônica atual.

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Fotônica no silício

O objetivo da colaboração era desenvolver uma plataforma para realizar o que é conhecido como multiplicação de matrizes vetoriais, uma operação matemática central no desenvolvimento e funcionamento das redes neurais, a arquitetura de computador que alimenta as ferramentas de IA atuais.

Em vez de usar uma pastilha de silício de altura uniforme, como as usadas para construir os transistores e fazer os processadores atuais, a equipe torna o silício da pastilha mais fino - até por volta de 150 nanômetros - apenas em regiões específicas. Essas variações de altura - sem a adição de quaisquer outros materiais - fornecem um meio de controlar a propagação da luz através do chip.

De fato, as variações de altura são projetadas e distribuídas para fazer com que a luz se espalhe em padrões específicos, permitindo que o chip realize cálculos matemáticos na velocidade da luz pela interação construtiva ou destrutiva das ondas.

O primeiro protótipo ainda é minúsculo para aplicações práticas, resolvendo matrizes 3 x 3. Mas a equipe já está trabalhando em uma versão para matrizes 10 x 10.
[Imagem: Vahid Nikkhah et al. - 10.1038/s41566-024-01394-2]

Pronto para uso

Outra curiosidade do novo protótipo é que ele mostra um meio interessante de transformar em vantagem o que inicialmente parece ser uma deficiência: Já dá para fazer esses processadores mais precisos e menores em escala de laboratório, mas a equipe escolheu usar uma fundição industrial para fabricação de semicondutores.

E, justamente devido às restrições impostas pela fundição comercial que produziu os chips, o projeto já nasce pronto para aplicações comerciais, já que pode ser integrado em unidades de processamento gráfico (GPUs), cuja demanda disparou com o uso generalizado das aplicações de IA.

"Eles podem adotar a plataforma Fotônica no Silício como um complemento, e então você poderá acelerar o treinamento e a classificação [das redes neurais]," disse Aflatouni.

Além de maior velocidade e menor consumo de energia, o novo chip tem vantagens de privacidade: Como muitos cálculos podem acontecer simultaneamente, não haverá necessidade de armazenar informações confidenciais na memória de trabalho de um computador, tornando um futuro computador equipado com essa tecnologia praticamente inatacável.

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