Chip fotonico a base di silicio promette grandi prestazioni e sicurezza

I ricercatori dell’Università della Pennsylvania hanno sviluppato un nuovo chip per computer fotonico, che quindi utilizza la luce invece dell’elettricità per funzionare. Questo potrebbe migliorare l’addestramento dei modelli di intelligenza artificiale (AI) migliorando la velocità di trasferimento dei dati e, in modo più efficiente, riducendo la quantità di elettricità consumata. L’articolo scientifico relativo a questa scoperta è stato pubblicato su Nature Photonics

Oggi l’umanità sta costruendo supercomputer exascale in grado di eseguire un quintilione di calcoli al secondo. Anche se la scala dei calcoli è aumentata, la tecnologia informatica si basa ancora sui principi utilizzati per la prima volta negli anni Sessanta.

I ricercatori hanno lavorato anche allo sviluppo di sistemi di calcolo basati sulla meccanica quantistica, ma questi computer sono ancora lontani dall’essere ampiamente disponibili e presentano anche delle difficoltà operative. La recente esplosione dei modelli di intelligenza artificiale nella tecnologia ha portato a una richiesta di computer in grado di elaborare grandi insiemi di informazioni. I sistemi di calcolo inefficienti, però, comportano un elevato consumo di energia.

Un team guidato da Nader Enghata, professore presso la School of Engineering and Applied Science dell’Università della Pennsylvania, ha progettato un chip silicio-fotonico (SiPh) in grado di eseguire calcoli matematici utilizzando fasci di fotoni, quindi la luce. Il team ha scelto questa soluzione perché combina un materiale ampiamente disponibile allo strumento più rapido per trasmettere informazioni. 

I ricercatori volevano progettare un chip in grado di eseguire moltiplicazioni vettoriali ed a matrice. Si tratta di un calcolo matematico comune, ampiamente utilizzato per lo sviluppo e il funzionamento delle reti neurali, fondamentali per lo sviluppo di architetture che alimentino i modelli di intelligenza artificiale oggi in fase di sviluppo.

Poiché il chip è in silicio, i ricercatori avrebbero potuto reinventare completamente il processo di fabbricazione. Invece, hanno ridotto l’altezza del chip in regioni specifiche per controllare il modo in cui la luce si propaga all’interno, ottenendo però così dei chip di maggior larghezza.

Un chip più largo permette alla luce di disperdersi attraverso il chip. Tuttavia, controllando le variazioni di altezza, il team di ricerca si è assicurato che la luce all’interno del chip viaggiasse solo in linea retta.

Un chip non violabile pronto per l’uso

Per realizzare i prototipi di questo chip i ricercatori si sono rivolti a una fonderia che già produce hip del genere SiPh. Rivolgersi però a chi produce già questo genere di prodotti ha richiesto un processo di industrializzazione per adattare i prototipi e il prodotto alle linee di produzione attuali. Questa fase ora ha permesso di avere, potenzialmente, una produzione del chip fotonico in serie.

Firooz Aflatouni, professore associato di Ingegneria elettrica e dei sistemi presso l’Università, anch’egli coinvolto nella ricerca, ha dichiarato che i loro chip potrebbero sostituire le unità di elaborazione grafica (GPU) che le aziende utilizzano per addestrare e classificare i loro modelli di intelligenza artificiale. Il professore associato raccomanda che la piattaforma SiPh possa fungere da complemento all’infrastruttura esistente utilizzata dalle aziende di IA.

Oltre a eseguire i calcoli in modo più veloce e con un minor consumo di elettricità, i chip SiPh possono anche risolvere i problemi di privacy dei dati. Poiché il chip può eseguire più calcoli in parallelo, non c’è bisogno di memorizzare le informazioni in una memoria di lavoro mentre vengono eseguiti i calcoli. “Nessuno può entrare in una memoria inesistente per accedere alle tue informazioni”, ha aggiunto Aflatouni in un comunicato stampa.