تراشه‌های کامپیوتری جدید با نور محاسبه می‌کنند

به گزارش سیلاد و به نقل از ساینس‌نیوز، گفته می‌شود این پردازنده‌های آینده‌نگر ممکن است به‌زودی بتوانند برخی از مسائل واقعی را با سرعتی بیشتر و مصرف انرژی کمتر نسبت به رایانه‌های سنتی حل کنند. جزئیات این پیشرفت، روز ۲۱ فروردین در نشریهٔ Nature به‌صورت جداگانه منتشر شده و گامی مهم در جهت تحقق رایانش نوری به‌شمار می‌رود.
 
آنتونی ریتزو (مهندس فتونیک در کالج دارتموث که در این پژوهش‌ها نقشی نداشته) می‌گوید: «دو شرکت آمریکایی Lightelligence و Lightmatter نشان داده‌اند که اجزای نوری، یا همان فتونیک، «واقعاً قادر به انجام کارهایی هستند که برای ما اهمیت دارد — و حتی بهتر از تراشه‌های الکترونیکی کنونی عمل می‌کنند».
 
گرچه لیزرها سال‌هاست که اطلاعات را از طریق کابل‌های فیبر نوری در سراسر جهان جابه‌جا می‌کنند و فتونیک در مراکز دادهٔ پیشرفته کاربرد دارد، اما به‌گفتهٔ ریتزو «این پرتوهای نوری تا پیش از این فقط داده را منتقل می‌کردند، نه این‌که محاسبه‌ای انجام دهند». در رایانه‌های سنتی، سیگنال‌های نوری ابتدا به پالس‌های کندتر الکترونیکی (۰ و ۱) تبدیل می‌شوند و سپس از میان هزاران ترانزیستور عبور می‌کنند.
 
اما در سامانه‌های جدید شرکت‌های یادشده، نور مستقیماً به محاسبات می‌پردازد. به‌طور مشخص، هر دو سامانه برای انجام عمل ضرب ماتریسی از نور بهره می‌برند؛ عملیاتی که یکی از ارکان اصلی در پردازش مدل‌های هوش مصنوعی و سایر کاربردهای رایانشی است. البته سایر محاسبات همچنان توسط اجزای الکترونیکی انجام می‌شود.

در دستگاه شرکت Lightmatter، که اندازه‌ای تقریباً به‌وسعت یک صفحه‌کلید رایانه دارد، چهار تراشهٔ نوری با بیش از ۲۰۰هزار جزء، ۵۱۲ پرتو نور را برای انجام ضرب ماتریسی با سرعت و بازدهی بالا کنترل می‌کنند. این سامانه قادر است مسائل مختلف را بهتر از تراشه‌های الکترونیکی مرسوم حل کند.
 
دستگاه شرکت Lightelligence با نام PACE ترکیبی از تراشه‌های نوری و الکترونیکی است که برای تسریع در حل مسائل بهینه‌سازی طراحی شده — مسائلی که در حوزه‌هایی چون مالی، تولید و حمل‌ونقل بسیار مهم‌اند. در سوی دیگر، سامانهٔ Lightmatter یک پردازندهٔ عمومی‌تر است که شامل چهار تراشهٔ نوری و دو تراشهٔ الکترونیکی می‌شود.

این شرکت موفق شده است با استفاده از همین سامانه، فناوری‌های اصلی هوش مصنوعی مانند مدل‌های زبانی بزرگ — مشابه آنچه در ChatGPT یا Claude استفاده می‌شود — را اجرا کند. حتی یک الگوریتم یادگیری عمیق که برای بازی‌های آتاری مانند پک‌من طراحی شده نیز با این سامانه اجرا شده است.
 
هریس با شگفتی می‌گوید: «این نخستین بار است که چنین کاری با فناوری پردازش جایگزین انجام می‌شود». وی یادآور می‌شود که تلاش‌های قبلی برای ساخت پردازنده‌های فتونیک اغلب در حد آزمایشگاهی باقی مانده و عملکردی در حد رایانه‌های واقعی نداشته‌اند.
 
گفتنی است یکی از چالش‌های اصلی در این مسیر، دقت محاسباتی بوده است. برخلاف پالس‌های صفر و یک، سیگنال‌های نوری می‌توانند دامنه‌ای گسترده از مقادیر را داشته باشند و هر خطای کوچکی می‌تواند به خطاهای بزرگی در نتیجه منجر شود.
 
با این حال، شرکت Lightelligence اعلام کرده است که در برخی مسائل بهینه‌سازی، وجود اندکی تصادف در داده‌ها می‌تواند به یافتن راه‌حل‌های بهتر کمک کند. از سوی دیگر، Lightmatter برای کاهش خطاها، تراشه‌های الکترونیکی را به‌صورت لایه‌ای روی تراشه‌های نوری خود قرار داده تا جریان داده‌ها را به‌دقت کنترل کند.
 
هریس تأکید می‌کند: «این فقط یک نمونهٔ آزمایشگاهی نیست؛ بکه این نوع جدیدی از رایانه است که اکنون دیگر در دسترس است».
 
جالب آن‌که اجزای نوری این دستگاه‌ها با همان کارخانه‌ها و فرآیندهایی قابل تولیدند که هم‌اکنون تراشه‌های الکترونیکی را می‌سازند. ریتزو در پایان می‌گوید: «بنابراین، گسترش این فناوری ساده خواهد بود». وی معتقد است که این نوع تراشه‌ها احتمالاً تا پنج سال آینده در مراکز داده مورد استفاده قرار خواهند گرفت.