Processador de luz processa petabytes por segundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/01/2021

Os processadores fotônicos são ultrarrápidos, mas é preciso usar alguns truques para torná-los menores.
[Imagem: GWU]

Acelerador de luz

Anote aí este nome: acelerador de rede neural convolucional óptica.

É um novo tipo de dispositivo capaz de processar grandes quantidades de informações, da ordem de petabytes, por segundo.

O detalhe é que ele faz o processamento usando luz, em vez de eletricidade, e as redes neurais estão entre as principais ferramentas da inteligência artificial e da computação neuromórfica.

"A óptica permite o processamento de matrizes em grande escala em um único ciclo de tempo [clock], o que permite novos escalonamentos de vetores para realizar as convoluções opticamente. Isso pode ter um potencial significativo para aplicações de aprendizado de máquina," disse o professor Puneet Gupta, da Universidade da Califórnia de Los Angeles, nos EUA.

Digitalização da luz

Parece muito natural mirar no processamento óptico de dados, uma vez que a luz é muito mais rápida do que os elétrons, a dissipação de calor será mínima e o processamento pode ser massivamente paralelo, com cada cor ligeiramente diferente de luz permitindo fazer um cálculo, sem precisar esperar pelos outros.

No entanto, o aprendizado de máquina baseado em fotônica é normalmente limitado pelo número de componentes que podem ser colocados nos circuitos integrados de luz, limitando a interconectividade, enquanto os moduladores de luz impõem restrições de velocidade.

Para superar esses problemas, a equipe substituiu os moduladores espaciais de luz por uma tecnologia digital baseada em espelhos, desenvolvendo assim um sistema pelo menos 100 vezes mais rápido.

O sincronismo não-iterativo deste processador, juntamente com a programação rápida e a paralelização massiva, permitiram que o sistema de aprendizado de máquina óptico superasse até mesmo as unidades de processamento gráfico topo de linha em mais de 10 vezes, com espaço para otimização adicional, já que se trata apenas de um protótipo inicial.

• Processador fotônico faz inteligência artificial na velocidade da luz

Ao contrário dos softwares tradicionais, que rodam iterativamente, o processamento por luz é massivamente paralelo.
[Imagem: Mario Miscuglio et al. - 10.1364/OPTICA.408659]

Óptica de Fourier

Ao contrário do paradigma atual do hardware de aprendizado de máquina eletrônico, que processa informações sequencialmente, este processador usa a óptica de Fourier, um conceito de filtragem de frequência (cores) que permite realizar as convoluções necessárias da rede neural como multiplicações de elementos muito mais simples.

"Este processador óptico de Fourier de amplitude apenas e maciçamente paralelo, está anunciando uma nova era para o processamento de informações e o aprendizado de máquina. Demonstramos que o treinamento dessa rede neural pode lidar com a falta de informações de fase," afirmou Volker Sorger, da Universidade George Washington, nos EUA.

• Cálculos matriciais feitos com luz prometem acelerar inteligência artificial

A grande vantagem deste neuroprocessador fotônico é o fato de ele já estar integrado em um único chip.
[Imagem: Swinburne University of Technology]

Micropentes de frequência

Já Xingyuan Xu e seus colegas das universidades Monash e Swinburne, na Austrália, criaram um processador mais integrado, composto por micropentes de frequência, que modulam os dados no tempo, no comprimento de onda e na dimensão espacial.

Este processador neuromórfico fotônico, também rodando redes neurais convolucionais, conseguiu atingir 11 trilhões de operações por segundo (TeraOPs/s), o que é 1.000 vezes mais rápido do que o melhor processador de luz integrado demonstrado anteriormente.

Os micropentes são dispositivos relativamente novos que agem como um arco-íris, composto por centenas de lasers infravermelhos montados em um único chip. Eles são muito mais rápidos, menores, mais leves e mais baratos do que qualquer outra fonte óptica.

"Neste momento estamos tendo uma prévia de como serão os processadores do futuro. Isto está realmente nos mostrando como podemos aumentar drasticamente a potência dos nossos processadores por meio do uso inovador de micropentes," disse o professor Xu.

Mais tópicos