Les ingénieurs de l’Université de Pennsylvanie ont développé une nouvelle puce qui utilise des ondes lumineuses plutôt que l’électricité pour effectuer les mathématiques complexes essentielles à la formation de l’IA. La puce a le potentiel d'accélérer radicalement la vitesse de traitement des ordinateurs tout en réduisant leur consommation d'énergie.
La conception de la puce silicium-photonique (SiPh) est la première à rassembler les recherches pionnières du lauréat de la médaille Benjamin Franklin et du professeur H. Nedwill Ramsey Nader Engheta dans la manipulation de matériaux à l'échelle nanométrique pour effectuer des calculs mathématiques en utilisant la lumière - le moyen de communication le plus rapide possible - avec la plateforme SiPh, qui utilise le silicium, l'élément bon marché et abondant utilisé pour produire en masse des puces informatiques.
L'interaction des ondes lumineuses avec la matière représente une voie possible pour développer des ordinateurs qui dépassent les limites des puces actuelles, qui sont essentiellement basées sur les mêmes principes que les puces des premiers jours de la révolution informatique dans les années 1960.
Dans un article paru dans Nature Photonics , le groupe d'Engheta, avec celui de Firooz Aflatouni, professeur agrégé en génie électrique et des systèmes, décrit le développement de la nouvelle puce.
"Nous avons décidé d'unir nos forces", explique Engheta, en tirant parti du fait que le groupe de recherche d'Aflatouni a été le pionnier des dispositifs en silicium à l'échelle nanométrique.
Leur objectif était de développer une plate-forme permettant d'effectuer ce que l'on appelle la multiplication vectorielle-matrice, une opération mathématique essentielle dans le développement et le fonctionnement des réseaux neuronaux, l'architecture informatique qui alimente les outils d'IA d'aujourd'hui.
Au lieu d'utiliser une plaquette de silicium de hauteur uniforme, explique Engheta, "vous rendez le silicium plus fin, disons 150 nanomètres", mais uniquement dans des régions spécifiques. Ces variations de hauteur, sans l'ajout d'aucun autre matériau, fournissent un moyen de contrôler la propagation de la lumière à travers la puce, puisque les variations de hauteur peuvent être réparties pour provoquer la diffusion de la lumière selon des motifs spécifiques, permettant à la puce d'effectuer des calculs mathématiques. à la vitesse de la lumière.
En raison des contraintes imposées par la fonderie commerciale qui a produit les puces, explique Aflatouni, cette conception est déjà prête pour des applications commerciales et pourrait potentiellement être adaptée pour être utilisée dans des unités de traitement graphique (GPU), dont la demande a explosé avec la généralisation de la technologie. intérêt pour le développement de nouveaux systèmes d'IA.
"Ils peuvent adopter la plateforme Silicon Photonics en tant que module complémentaire", explique Aflatouni, "et vous pourrez alors accélérer la formation et la classification."
En plus d'une vitesse plus rapide et d'une consommation d'énergie moindre, la puce d'Engheta et Aflatouni présente des avantages en matière de confidentialité :étant donné que de nombreux calculs peuvent être effectués simultanément, il ne sera pas nécessaire de stocker des informations sensibles dans la mémoire de travail d'un ordinateur, ce qui rendra un futur ordinateur alimenté par une telle technologie pratiquement impossible à pirater. .
"Personne ne peut pirater une mémoire inexistante pour accéder à vos informations", déclare Aflatouni.
Parmi les autres co-auteurs figurent Vahid Nikkhah, Ali Pirmoradi, Farshid Ashtiani et Brian Edwards de Penn Engineering.
Plus d'informations : Structures à faible contraste d'indice de conception inverse sur plate-forme photonique sur silicium pour la multiplication de matrice vectorielle, Nature Photonics (2024). DOI :10.1038/s41566-024-01394-2. www.nature.com/articles/s41566-024-01394-2
Fourni par l'Université de Pennsylvanie
