تعد الشريحة الضوئية القائمة على السيليكون بأداء وأمان رائعين

قام باحثون في جامعة بنسلفانيا بتطوير شريحة كمبيوتر فوتونية جديدة، والتي تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء في عملها. ومن الممكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين تدريب نماذج الذكاء الاصطناعي من خلال تحسين سرعة نقل البيانات، وبشكل أكثر كفاءة، تقليل كمية الكهرباء المستهلكة. تم نشر المقال العلمي المتعلق بهذا الاكتشاف في مجلة Nature Photonics

اليوم، تقوم البشرية ببناء حواسيب فائقة السرعة قادرة على إجراء كوينتيليون عملية حسابية في الثانية. على الرغم من أن حجم العمليات الحسابية قد زاد، إلا أن تكنولوجيا الحوسبة لا تزال تعتمد على مبادئ استخدمت لأول مرة في الستينيات.

وقد عمل الباحثون أيضًا على تطوير أنظمة حاسوبية تعتمد على ميكانيكا الكم، لكن هذه الحواسيب لا تزال بعيدة عن أن تكون متاحة على نطاق واسع وتمثل أيضًا صعوبات تشغيلية . أدى الانفجار الأخير في نماذج الذكاء الاصطناعي في مجال التكنولوجيا إلى الطلب على أجهزة الكمبيوتر القادرة على معالجة مجموعات كبيرة من المعلومات. ومع ذلك، فإن أنظمة الحوسبة غير الفعالة تؤدي إلى ارتفاع استهلاك الطاقة.

قام فريق بقيادة نادر إنغاتا، الأستاذ في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة بنسلفانيا، بتصميم شريحة سيليكون فوتونية (SiPh) قادرة على إجراء حسابات رياضية باستخدام حزم الفوتونات، أي الضوء. وقد اختار الفريق هذا الحل لأنه يجمع بين المواد المتاحة على نطاق واسع وأسرع وسائل نقل المعلومات.

أراد الباحثون تصميم شريحة يمكنها إجراء عمليات ضرب المتجهات والمصفوفات. هذا حساب رياضي شائع، يستخدم على نطاق واسع لتطوير وتشغيل الشبكات العصبية، والتي تعتبر أساسية لتطوير البنى التي تدعم نماذج الذكاء الاصطناعي قيد التطوير اليوم.

وبما أن الشريحة مصنوعة من السيليكون، كان بإمكان الباحثين إعادة اختراع عملية التصنيع بالكامل. وبدلاً من ذلك، قاموا بتقليل ارتفاع الرقاقة في مناطق محددة للتحكم في كيفية انتقال الضوء إلى الداخل، مما أدى إلى شرائح أوسع.

تسمح الشريحة الأوسع للضوء بالانتشار عبر الشريحة. ومع ذلك، من خلال التحكم في اختلافات الارتفاع، تأكد فريق البحث من أن الضوء داخل الشريحة ينتقل فقط في خط مستقيم.

شريحة غير قابلة للاختراق وجاهزة للاستخدام

لإنشاء نماذج أولية لهذه الشريحة، لجأ الباحثون إلى مسبك ينتج بالفعل وركًا من نوع SiPh. ومع ذلك، فإن التحول إلى أولئك الذين ينتجون هذا النوع من المنتجات بالفعل يتطلب عملية تصنيع لتكييف النماذج الأولية والمنتج مع خطوط الإنتاج الحالية. وقد سمحت هذه المرحلة الآن بالإنتاج الضخم للرقاقة الضوئية.

وقال فيروز أفلاطوني، الأستاذ المشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة النظم في الجامعة، والذي شارك أيضًا في البحث، إن رقائقهم يمكن أن تحل محل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) التي تستخدمها الشركات لتدريب وتصنيف نماذج الذكاء الاصطناعي الخاصة بها. يوصي الأستاذ المشارك بأن تكون منصة SiPh بمثابة مكمل للبنية التحتية الحالية التي تستخدمها شركات الذكاء الاصطناعي.

بالإضافة إلى إجراء العمليات الحسابية بشكل أسرع وباستهلاك أقل للكهرباء، يمكن لرقائق SiPh أيضًا معالجة المخاوف المتعلقة بخصوصية البيانات. وبما أن الشريحة يمكنها إجراء عمليات حسابية متعددة بالتوازي، فليست هناك حاجة لتخزين المعلومات في الذاكرة العاملة أثناء إجراء العمليات الحسابية. وأضاف أفلاطوني في بيان صحفي: “لا يمكن لأحد اقتحام مساحة تخزين غير موجودة للوصول إلى معلوماتك”.

تعد الشريحة الضوئية القائمة على السيليكون بأداء رائع وأمان يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .