Компьютерные чипы следующего поколения смогут обрабатывать данные со скоростью света
Компьютеры, использующие свет вместо электричества для представления и обработки данных, могут значительно снизить энергопотребление дата-центров и одновременно ускорить вычисления. И это уже не фантастика: такие устройства на пороге коммерческого запуска — и, соответственно, внедрения в нашу повседневную жизнь.
Классические ЭВМ, которые мы все используем сегодня, долгое время следовали закону Мура: мощность машин удваивалась каждые два года. Однако в последние годы прогресс замедлился, так как миниатюризация транзисторов столкнулась с фундаментальными физическими ограничениями.
Исследователи работают над множеством потенциальных решений, включая квантовые и фотонные вычисления. Но пока квантовые компьютеры все еще борются за достижение практической полезности, фотонные вычисления уже достигли стадии, когда чипы, подобные описанным в двух новых исследованиях в журнале Nature, выполняют реальные расчеты. Более того, фотонные чипы могут выпускаться на тех же фабриках, которые сейчас производят кремниевую микроэлектронику.
Фотонные компьютеры обладают значительными потенциальными преимуществами перед электронными. Во-первых, поскольку фотоны перемещаются быстрее электронов в цепи, они могут ускорять вычисления и сокращать паузы между этапами расчетов. Во-вторых, благодаря тому, что фотоны движутся без сопротивления и почти не поглощаются материалом чипов, они выполняют те же задачи с меньшим энергопотреблением по сравнению с электронными компьютерами, которым требуется энергоемкое охлаждение.
Компания Lightelligence из Сингапура демонстрирует в своем исследовании, что ее устройство — фотонный арифметический вычислительный модуль (PACE), сочетающий фотонный и микроэлектронный чипы, — успешно решает задачи Изинга, имеющие прямое применение в логистике и других областях.
Тем временем американский стартап Lightmatter заявляет, что его чип Envise способен запускать ИИ-модель BERT для генерации текста в стиле Шекспира с точностью, сопоставимой с традиционными электронными процессорами.
По мнению Бо Пэна из Lightelligence, фотонику толкают вперед многочисленные стартапы.
«Мы находимся на стадии, близкой к предсерийному производству, — говорит он. — Это уже скорее реальный продукт, а не просто лабораторная демонстрация».
Подобно тому, как в мире квантовых компьютеров пытаются добиться «квантового превосходства» — момента, когда квантовая машина сможет предложить нечто полезное, недоступное классическим компьютерам, — Пэн сосредоточен на достижении «фотонного превосходства». Точных сроков, когда это произойдет, он не называет, но утверждает, что технология уже близка к коммерческому применению. Скорее всего, фотонные чипы будут работать вместе с электронными, а не полностью заменять их, выполняя специфические задачи, где они могут дать преимущество.
Примечательно, что ускоритель Lightelligence выполнен в форм-факторе PCI Express — общепринятом стандарте подключения дополнительных устройств к материнской плате настольных компьютеров, например, видеокарт. Поэтому плату легко запустить на обычном ПК, хотя для ее работы потребуется специальное программное обеспечение.
Оба исследования показали, что «эта область начинает выходить на новый уровень», подтвердил Роберт Хэдфилд из Университета Глазго.
«Технология близка к тому моменту, когда индустрия может рассматривать фотонные процессоры как жизнеспособную альтернативу, — констатировал он. — Очень интересно наблюдать, насколько созрела эта архитектура. Причем эти фотонные чипы производятся на одном из ведущих мировых предприятий, что означает возможность масштабирования для массового производства».
Оптическая передача данных уже зарекомендовала себя благодаря волоконной оптике, а теперь к этому близки фотонные вычисления, добавил Стивен Суини из Университета Глазго
«Фотоника позволяет достичь более высокой скорости и меньших потерь по сравнению с электроникой. И если вам нужно выполнять огромные объемы вычислений, пора задуматься об этом», — заключил он.
