Искусственный интеллект на скорости света благодаря оптическому процессору

Искусственный интеллект разогнали до скорости света.Новая эра оптических вычислений с чипом OFE2: рекордная скорость и нулевые задержки.

Современный искусственный интеллект проник во многие сферы — от роботизированной хирургии до высокочастотной торговли на бирже. Все эти системы объединяет одна критически важная задача: необходимость обрабатывать огромные потоки сырых данных в реальном времени.

Ключевой этап — быстрое извлечение значимых признаков — упирается в физические ограничения традиционных электронных процессоров. Они уже не могут значительно снизить задержки или увеличить пропускную способность, чтобы угнаться за сегодняшними запросами.

Свет вместо тока: новая эра вычислений

Когда электроника достигла своего предела, ученые обратились к свету. Оптические вычисления — использование фотонов вместо электронов для выполнения сложных расчетов — предлагают радикальное увеличение скорости и эффективности.

Один из многообещающих подходов использует оптические дифракционные элементы — тонкие пластины, которые выполняют математические операции в момент прохождения через них света.

Такие системы способны обрабатывать множество сигналов одновременно при крайне низком энергопотреблении. Однако долгое время оставалась нерешенной главная проблема: поддержание стабильного, когерентного света на скоростях выше 10 ГГц.

OFE2: Оптический двигатель для ИИ

Прорыв совершила команда исследователей под руководством профессора Хунвэя Чэня из Университета Цинхуа в Китае. Они разработали новаторское-устройство под названием Optical Feature Extraction Engine (OFE2). Их работа, опубликованная в журнале Advanced Photonics Nexus, демонстрирует новый способ высокоскоростного оптического извлечения признаков, пригодный для самых разных применений.

Сердцем инновации стал полностью интегрированный чип, который решает проблему стабильности сигнала. Вместо громоздких волоконных систем, которые вносят помехи, команда создала на чипе регулируемые делители мощности и точные линии задержки.

Эта конструкция преобразует последовательные данные в несколько синхронизированных оптических каналов, сохраняя их фазовую стабильность. Дополнительная фазовая решетка позволяет легко перенастраивать OFE2 для различных вычислительных задач.

После подготовки световые сигналы проходят через дифракционный оператор, который и выполняет извлечение признаков. Этот процесс аналогичен умножению матрицы на вектор: световые волны взаимодействуют, создавая сфокусированные «яркие пятна» в определенных точках выхода.

Настраивая фазу входного света, эти пятна можно направлять на выбранные порты, что позволяет OFE2 улавливать тонкие временные вариации во входных данных.

Рекордная производительность и реальные применения

OFE2 работает на впечатляющей частоте 12,5 ГГц, выполняя одно матрично-векторное умножение всего за 250,5 пикосекунды — это самый быстрый известный результат для подобного типа оптических вычислений.

«Мы твердо уверены, что эта работа задает важный ориентир для продвижения интегрированных оптических вычислений к превышению порога в 10 ГГц в реальных приложениях», — заявляет профессор Чэнь.

Команда протестировала свой процессор в разных областях:

1️⃣ Обработка изображений: OFE2 успешно выделял края объектов на визуальных данных, создавая парные «негативно-позитивные» карты. Это улучшило классификацию изображений и повысило точность в таких задачах, как идентификация органов на КТ-снимках. Системы с OFE2 требовали меньше электронных параметров, доказывая, что оптическая предобработка может делать гибридные ИИ-сети быстрее и эффективнее.

2️⃣ Цифровая торговля: Здесь OFE2 обрабатывал данные рынка в реальном времени, генерируя прибыльные решения о покупке и продаже. После обучения с оптимизированными стратегиями процессор преобразовывал входящие ценовые сигналы напрямую в торговые решения, демонстрируя стабильную доходность. Поскольку все вычисления происходят со скоростью света, трейдеры могут реагировать на возможности практически без задержки.

Будущее за гибридными системами

Достижения OFE2 знаменуют собой важный сдвиг в вычислительных технологиях. Перенося самые требовательные части обработки ИИ с прожорливых электронных чипов на молниеносные фотонные системы, такие технологии открывают новую эру интеллекта с минимальным энергопотреблением и нулевыми задержками.

«Наша разработка поднимает интегрированные дифракционные операторы на новый уровень скорости, предоставляя поддержку для вычислений в таких областях, как распознавание образов, медицина и цифровые финансы. Мы будем рады сотрудничеству с партнерами, у которых есть потребности в обработке больших данных», — подводит итог профессор Чэнь.

Свет не только передает информацию — теперь он учится ее понимать на невиданных скоростях.

Создано: 21.11.2025 07:39:18