Une nouvelle puce ouvre la porte à l’informatique IA à la vitesse de la lumière


Penn Engineers a développé une nouvelle puce qui utilise des ondes lumineuses plutôt que de 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 les 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 reposent essentiellement sur les mêmes principes que les puces des premiers jours de la révolution informatique des années 1960.

Dans un article en Photonique naturelle, 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, 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 de fonctionner 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 les unités de traitement graphique (GPU), dont la demande a explosé avec la généralisation des puces. intérêt pour le développement de nouveaux systèmes d’IA. « Ils peuvent adopter la plate-forme 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 : comme 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 », explique Aflatouni.

Cette étude a été menée à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université de Pennsylvanie et financée en partie par une subvention de l'Initiative de recherche universitaire multidisciplinaire (MURI) de l'Office of Scientific Research de l'US Air Force (AFOSR) à Engheta (FA9550-21-1- 0312) et une subvention de l'Office of Naval Research (ONR) des États-Unis à Afaltouni (N00014-19-1-2248).

Les autres co-auteurs incluent Vahid Nikkhah, Ali Pirmoradi, Farshid Ashtiani et Brian Edwards de Penn Engineering.

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