ساخت یک تراشه غیرقابل هک که به‌جای برق با نور کار می‌کند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، محققان دانشگاه پنسیلوانیا یک تراشه کامپیوتری جدیدی توسعه داده اند که به جای الکتریسیته از نور استفاده می‌کند. این کار می‌تواند با بهبود سرعت انتقال داده و به طور مؤثرتری، کاهش میزان برق مصرفی، آموزش مدل‌های هوش مصنوعی (AI) را بهبود بخشد.

بشر امروز در حال ساخت ابررایانه‌هایی  اگزامقیاس است که می‌توانند یک میلیارد میلیارد (یک کوینتیلیون) محاسبه در ثانیه انجام دهند. در حالی که مقیاس محاسبات ممکن است افزایش یافته باشد، فناوری محاسبات هنوز در حال کار روی اصولی است که برای نخستین بار در دهه ۱۹۶۰ مورد استفاده قرار گرفت.

محققان در حال کار روی توسعه سیستم‌های محاسباتی مبتنی بر مکانیک کوانتومی نیز هستند، اما این رایانه‌ها حداقل چند سال تا در دسترس قرار گرفتن گسترده فاصله دارند. انفجار اخیر مدل‌های هوش مصنوعی در فناوری منجر به تقاضای رایانه‌هایی شده است که می‌توانند مجموعه‌های بزرگی از اطلاعات را پردازش کنند. با این حال، سیستم‌های محاسباتی ناکارآمد منجر به مصرف بالای انرژی می‌شود.

تراشه‌هایی که به‌جای برق از نور استفاده می‌کنند

تیمی به سرپرستی نادر انگاتا، استاد دانشکده مهندسی و علوم کاربردی در دانشگاه پنسیلوانیا، یک تراشه سیلیکونی فوتونیک (SiPh) طراحی کرده اند که می‌تواند محاسبات ریاضی را با استفاده از نور انجام دهد. این تیم به نور روی آورده است؛ چراکه سریع‌ترین وسیله برای انتقال داده‌های شناخته شده به بشریت است. با این حال، استفاده از سیلیکون فراوان باعث می‌شود که این فناوری به سرعت مقیاس پذیر شود.

هدف محققان طراحی تراشه‌ای بود که بتواند ضرب ماتریس‌های برداری را انجام دهد. این سیستم که یک محاسبه ریاضی رایج است، به طور گسترده‌ای در توسعه و عملکرد شبکه‌های عصبی مورد استفاده قرار می‌گیرد که برای قدرت بخشیدن به مدل‌های هوش مصنوعی که امروزه در حال توسعه هستند، حیاتی هستند.

از آنجایی که این تراشه سیلیکونی است، محققان می‌توانستند فرآیند ساخت را به طور کامل دوباره اختراع کنند. در عوض، آن‌ها ارتفاع تراشه را در مناطق خاص کاهش دادند تا نحوه انتشار نور در داخل آن را کنترل کنند.

یک تراشه عریض‌تر امکان پراکندگی نور در تراشه را فراهم می‌کند. با این حال، تیم تحقیقاتی با کنترل تغییرات ارتفاع اطمینان حاصل کردند که نور داخل تراشه تنها در یک خط مستقیم حرکت می‌کند.

ساخت تراشه‌ای غیرقابل هک

محققان برای ساخت تراشه‌های سیلیکونی فوتونیک خود به یک کارخانه ریخته گری تجاری مراجعه می‌کنند.   از آنجا که ریخته گری تنها می‌توانست تراشه‌ها را در اندازه‌های موجود در بازار طراحی کند، طراحی تراشه باید بر همین اساس اصلاح می‌شد و بلافاصله برای استقرار آماده می‌شد.

فیروز افلاطونی، استادیار مهندسی برق و سیستم‌ها در این دانشگاه نیز در این تحقیق گفت که تراشه‌های آن‌ها می‌توانند جایگزین واحد‌های پردازش گرافیکی (GPU) شوند که شرکت‌ها از آن‌ها برای آموزش و طبقه بندی مدل‌های هوش مصنوعی خود استفاده می‌کنند. این استادیار دانشگاه توصیه می‌کند که پلتفرم سیلیکونی فوتونیک می‌تواند به عنوان یک افزونه برای زیرساخت‌های موجود مورد استفاده توسط شرکت‌های هوش مصنوعی عمل کند.

تراشه‌های سیلیکونی فوتونیک علاوه بر انجام سریع‌تر محاسبات و مصرف برق کم تر، می‌توانند نگرانی‌های مربوط به حریم خصوصی داده‌ها را نیز برطرف کنند. از آنجایی که این تراشه می‌تواند چندین محاسبه را به صورت موازی انجام دهد، در حین انجام محاسبات، نیازی به ذخیره اطلاعات در حافظه کاری نیست. افلاطونی در بیانیه‌ای افزود: هیچ‌کس نمی‌تواند حافظه‌ای که وجود ندارد را برای دسترسی به اطلاعات شما هک کند.

یافته‌های این تحقیق در مجله «نیچر فوتونیکس» (Nature Photonics) منتشر شده است.