Processador de luz resolve equações transcendentais na velocidade da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2021

Em vez de transistores interconectados em portas lógicas, o chip fotônico usa guias de ondas para conduzir a luz e fazer os cálculos.
[Imagem: Kun Liao et al. - 10.29026/oea.2021.200060]

Solucionador de Equação Transcendente

Solucionador de Equação Transcendente Totalmente Óptico - este é o mais novo hardware da computação com luz, ou computação fotônica, a plataforma emergente na qual os cálculos são feitos com luz, e não mais com eletricidade.

Kun Liao e seus colegas da Universidade de Pequim desenvolveram uma nova estratégia para colocar dentro de um chip totalmente óptico todo o aparato necessário para a execução de várias tarefas de computação - em contraste com os experimentos de computação com luz já mais comuns, em que cada estrutura consegue fazer apenas um tipo de cálculo.

Além de ser ultrarrápido e ter um consumo de energia mínimo, o chip é baseado em uma rede neural convolucional, o que significa que ele também já nasce talhado para tarefas de inteligência artificial.

A rede neural óptica consiste em guias de ondas em forma de Y, feitos de silício, em cascata com segmentos de guia de ondas acoplados lateralmente, projetados para controlar a amplitude e a fase da luz nos ramos da árvore de cálculos.

É a interação entre esses raios de luz devidamente ajustados que prepara a solução, que sai pronta na outra extremidade do chip - e sai literalmente na velocidade que a luz leva para percorrer os guias de onda.

As linhas pontilhadas brancas marcam as cinco camadas para discretização da forma de onda, e as linhas pontilhadas vermelhas separam as três camadas da estrutura da rede neural convolucional óptica.
[Imagem: OEA]

Processador óptico integrado

Como prova de conceito, a equipe implementou experimentalmente o projeto de rede por meio de várias tarefas de computação, incluindo operadores de portas lógicas multifuncionais, meio-somadores e solucionadores de equações transcendentais - uma equação transcendental, ou transcendente, não possui uma solução exata expressa através de funções conhecidas, sendo necessário recorrer ao cálculo numérico para obter uma solução.

O solucionador óptico de equações transcendentes resolveu as equações com alta precisão, com um desvio máximo inferior a 5% - na maioria dos casos, os desvios não passaram de 3%. A precisão da solução pode ser melhorada aumentando o número de guias de onda de saída, segundo a equipe.

O tempo de voo da luz através da estrutura da rede corresponde a um tempo de computação da ordem de picossegundos, com um consumo de energia na faixa de dezenas de femtojoules por bit.

Segundo a equipe, esta abordagem pode ser expandida para realizar computação paralela usando multiplexação de comprimentos de onda baseada em arquiteturas não-von Neumann e, assim, abre um novo caminho para a computação totalmente óptica dentro de circuitos integrados feitos com componentes semicondutores padrão da indústria.

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