شريحة حاسوبية قد تسرّع عمل حوسبة الذكاء الاصطناعي بسرعة الضوء

طوّر باحثون من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية في جامعة بنسلفانيا شريحة إلكترونية جديدة تعتمد على موجات الضوء، بدلاً من الكهرباء، لإجراء العمليات الحسابية المعقدة الضرورية لتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي.

كيف تجعل شريحة إلكترونية عمليات الذكاء الاصطناعي بسرعة الضوء؟

تستهلك نماذج الذكاء الاصطناعي طاقة كبيرة في أثناء مرحلة التدريب، ويسعى الباحثون لترشيد استهلاك هذه الطاقة. في أحدث المحاولات. وابتكر الباحثون في جامعة بنسلفانيا شريحة حاسوبية يمكنها تسريع عمليات المعالجة الحاسوبية، ما يقلل استهلاكها للطاقة.

في البداية، كان هدف الفريق تطوير منصة لحل العمليات الرياضية الأساسية عبر تطوير الشبكات العصبونية الاصطناعية ووظيفتها، والتي تقوم عليها أدوات الذكاء الاصطناعي الحالية. لكنهم في النهاية استطاعوا تطوير الشريحة الحاسوبية بالاعتماد على موجات الضوء لإجراء الحسابات الرياضية التي تعتمد عليها نماذج الذكاء الاصطناعي. بالإضافة إلى الضوء، يتطلب تطوير الشريحة وجود عنصر السيليكون منخفض التكلفة والوفير المستخدم في إنتاج الرقائق الحاسوبية بكميات كبيرة، وأطلقوا على الشريحة اسم شريحة السيليكون الضوئية (SiPh).

السرعة وتوفير الطاقة والخصوصية أبرز ميزات الشريحة

يعتمد تطوير الرقاقة على مبدأ تبعثر الضوء، فقد طُوِّرت لتكون ذات سماكة مختلفة، عبر جعل السيليكون أكثر رقة فقط دون إضافة مواد جديدة، وليست ذات ارتفاع موحد كما الحال في رقائق السيلكون الحالية.

توفّر هذه الاختلافات في الارتفاع وسيلة للتحكم في انتشار الضوء عبر الشريحة، حيث يمكن توزيع الاختلافات في الارتفاع لتسبب تبعثر الضوء في أنماط محددة، ما يسمح للرقاقة بإجراء حسابات رياضية بسرعة الضوء.

تعزز الشريحة الجديدة خصوصية البيانات أيضاً، لكن بطريقة مختلفة وغير تقليدية، فهي تعالج كمّاً كبيراً من العمليات الحسابية في وقت واحد، وبالتالي لن يكون هناك داعٍ لتخزين البيانات في الحاسوب، أي لن تكون هناك ذاكرة، ولن يتمكن أحد من اختراق ذاكرة غير موجودة.

يعتقد الباحثون أن تفاعل موجات الضوء مع المادة سيكون طريقة محتملة لتطوير الحواسيب المستقبلية، والتي ستختلف عن الرقائق الحالية التي تعتمد على المبادئ ذاتها التي اعتمد عليها تطوير أول حاسوب. ويؤكدون أن تصميم رقاقات السيليكون الضوئية جاهز للتطبيقات التجارية، وقد تُستخدم في وحدات المعالجة الرسومية (GPUs) الكثيرة الاستخدام.

تُعدُّ شريحة السيليكون الضوئية أول تصميم للبروفيسور في جامعة بنسلفانيا "نادر إنجيتا" الحائز وسام بنجامين فرانكلين، إحدى أقدم جوائز العلوم والتكنولوجيا في العالم. يركّز إنجيتا أبحاثه في مجال معالجة المواد على المستوى النانوي لإجراء حسابات رياضية باستخدام الضوء، الذي يُعدُّ أسرع وسائل الاتصال الممكنة.

تعاون إنجيتا في تطوير الشريحة الجديدة مع مجموعة فيروز أفلاطوني الرائدة في أجهزة السيليكون النانوية، ونُشِرت الدراسة في دورية نيتشر فوتونيكس (Nature Photonics).