Os cientistas desenvolveram uma nova abordagem pioneira que irá acelerar rapidamente o aprendizado de máquina - usando luz.

Uma equipe internacional de pesquisadores - das Universidades de Münster, Oxford, Exeter, Pittsburgh, A École Polytechnique Fédérale (EPFL) e a IBM Research Zurich - desenvolveram um chip acelerador de computador de última geração que processa dados usando luz em vez de eletrônicos.

Os resultados são publicados na principal revista científica Natureza na quarta-feira, 6 de janeiro.

Professor C. David Wright, da Universidade de Exeter, que lidera o projeto da UE Fun-COMP, que financiou este trabalho, disse:"Os chips convencionais de computador são baseados na transferência eletrônica de dados e são comparativamente lentos, mas os processadores baseados em luz - como o desenvolvido em nosso trabalho - permitem que tarefas matemáticas complexas sejam processadas em velocidades centenas ou até milhares de vezes mais rápidas, e com consumo de energia extremamente reduzido. "

A equipe de pesquisadores, liderado pelo Prof. Wolfram Pernice do Instituto de Física e do Centro de Nanociência Soft da Universidade de Münster, dispositivos fotônicos integrados combinados com materiais de mudança de fase (PCMs) para fornecer super-rápido, multiplicações vetoriais-matriz energeticamente eficientes (MV).

As multiplicações de MV estão no cerne da computação moderna - da IA ​​ao aprendizado de máquina e processamento de rede neural - e o imperativo de realizar esses cálculos em velocidades cada vez maiores, mas com o consumo de energia cada vez menor, está impulsionando o desenvolvimento de uma classe totalmente nova de chips de processador, as chamadas unidades de processamento de tensores (TPUs).

A equipe desenvolveu um novo tipo de TPU fotônico - capaz de realizar múltiplas multiplicações MV simultaneamente e em paralelo, usando um pente de frequência baseado em chip como fonte de luz, junto com a multiplexação por divisão de comprimento de onda.

Os elementos da matriz foram armazenados usando PCMs - o mesmo material usado atualmente para DVD regraváveis ​​e discos ópticos BluRay - tornando possível preservar os estados da matriz sem a necessidade de um fornecimento de energia.

Em seus experimentos, a equipe usou seu TPU fotônico em uma chamada rede neural convolucional para o reconhecimento de números escritos à mão e para a filtragem de imagens. "Nosso estudo é o primeiro a aplicar pentes de frequência no campo das redes neurais artificiais, "diz o Prof. Wolfram Pernice.

"Nossos resultados podem ter uma ampla gama de aplicações, "explicou o Prof. Harish Bhaskaran da Universidade de Oxford, um membro importante da equipe:"Uma TPU fotônica pode processar de forma rápida e eficiente grandes conjuntos de dados usados ​​para diagnósticos médicos, como os do CT, Scanners de ressonância magnética e PET, " Ele continuou.

Outras aplicações também podem ser encontradas em veículos autônomos - que dependem de velocidade, avaliação rápida de dados de vários sensores - bem como para o fornecimento de infraestrutura de TI, como computação em nuvem.