در حالی که مصرف انرژی هوش مصنوعی به یک چالش جهانی تبدیل شده، مایکروسافت از نمونه اولیه یک کامپیوتر آنالوگ نوری رونمایی کرده که به جای الکتریسیته از نور برای پردازش استفاده می‌کند. این فناوری می‌تواند سرعت و بهره‌وری انرژی در پردازش‌های هوش مصنوعی و حل مسائل پیچیده بهینه‌سازی را تا ۱۰۰ برابر افزایش دهد.
بخش تحقیقات مایکروسافت (Microsoft Research) نمونه اولیه کامپیوتری را ساخته است که برای پردازش اطلاعات، نه به الکترون‌هایی که در مدارهای سیلیکونی حرکت می‌کنند، بلکه به پرتوهای نور متکی است. این ماشین که «کامپیوتر آنالوگ نوری» نام دارد، برای حل مسائل پیچیده بهینه‌سازی طراحی شده و می‌تواند در آینده، پردازش‌های هوش مصنوعی را با سرعت و بهره‌وری بسیار بالاتری نسبت به پردازنده‌های امروزی انجام دهد.
محاسبات آنالوگ با نور
برخلاف کامپیوترهای دیجیتال که اطلاعات را به صورت باینری (صفر و یک) پردازش می‌کنند، کامپیوتر آنالوگ نوری محاسبات را در سیستم‌های فیزیکی مجسم می‌کند. این رویکرد از گلوگاه‌هایی مانند پهنای باند حافظه که باعث کندی تراشه‌های معمولی می‌شوند را از بین برده و می‌تواند این سیستم را در انجام وظایف خاص، تا ۱۰۰ برابر سریع‌تر و بهینه‌تر از نظر مصرف انرژی کند.
نکته جالب این است که نمونه اولیه این کامپیوتر با استفاده از قطعات تجاری موجود در بازار، از جمله میکرو-ال‌ای‌دی، لنزهای اپتیکال و سنسورهای دوربین‌های گوشی هوشمند ساخته شده است. این امر هزینه‌ها را پایین نگه داشته و تولید انبوه آن را در آینده امکان‌پذیر می‌سازد.
تیم تحقیقاتی مایکروسافت همچنین یک «دوقلوی دیجیتال» یا Digital Twin برای این کامپیوتر توسعه داده است. یک نسخه نرم‌افزاری که رفتار سخت‌افزار واقعی را شبیه‌سازی می‌کند. این دوقلوی دیجیتال به محققان اجازه می‌دهد تا سیستم را در مقیاس‌های بزرگ‌تر آزمایش کنند، نحوه پیاده‌سازی مسائل بهینه‌سازی یا هوش مصنوعی بر روی سخت‌افزار را بررسی نمایند و نتایج را با همکاران خارج از مایکروسافت به اشتراک بگذارند.
فرانچسکا پارمیجیانی، مدیر این پروژه در آزمایشگاه تحقیقاتی مایکروسافت در کمبریج، می‌گوید:
برای رسیدن به اهدافی که در نظر داریم، نیاز داریم که دیگر محققان نیز این سخت‌افزار را آزمایش کرده و درباره چگونگی استفاده از آن فکر کنند.
از بانکداری تا پزشکی: کاربردهای واقعی در دنیای امروز
یکی از اولین نمایش‌های عملی این فناوری در حوزه مالی بود. مایکروسافت با همکاری بانک بارکلیز (Barclays) عملکرد این پردازنده نوری را در بهینه‌سازی تسویه اوراق بهادار آزمایش کرد. اگرچه این آزمایش تنها بخشی از مقیاس واقعی این عملیات را پوشش می‌داد، اما به خوبی نشان داد که نسخه‌های آینده این سخت‌افزار چگونه می‌توانند تأثیری شگرف در این صنعت داشته باشند.
حوزه بهداشت و درمان نیز یکی دیگر از زمینه‌های اثبات کارایی این فناوری بود. محققان با استفاده از دوقلوی دیجیتال این کامپیوتر، موفق به بازسازی اسکن‌های MRI با دقت قابل‌قبولی شدند. امروزه یک اسکن MRI معمولی حدود ۳۰ دقیقه طول می‌کشد؛ اما یک پردازنده نوری در مقیاس کامل می‌تواند این زمان را به تنها پنج دقیقه کاهش دهد.
جایگزینی برای پردازنده‌های پرمصرف هوش مصنوعی؟
تیم کمبریج پتانسیل عظیمی برای اجرای پردازش‌های هوش مصنوعی در این کامپیوتر می‌بیند. مدل‌های زبان بزرگ (LLM) امروزی برای پردازش میلیاردها پارامتر به انرژی فوق‌العاده زیادی نیاز دارند، اما پردازنده‌های نوری می‌تواند وظایف استدلالی را با بهره‌وری بسیار بالاتری انجام دهد.
به گفته ینس گلادرو، یکی از محققان مایکروسافت، مهم‌ترین مزیت کامپیوتر آنالوگ نوری، بهبود حدوداً صد برابری در بهره‌وری انرژی است. نمونه اولیه فعلی تنها ۲۵۶ پارامتر را مدیریت می‌کند، اما محققان معتقدند با کوچک‌سازی قطعات میکرو-ال‌ای‌دی، می‌توان مقیاس آن را به میلیون‌ها یا حتی میلیاردها پارامتر افزایش داد.
هیتش بالانی، مدیر تحقیقات زیرساخت‌های آینده هوش مصنوعی در مایکروسافت، چشم‌انداز بلندمدت را این‌گونه توصیف می‌کند:
هدف ما این است که این فناوری بخش مهمی از آینده محاسبات باشد و مایکروسافت و کل صنعت بتوانند این تحول مبتنی بر محاسبات را به شیوه‌ای پایدار ادامه دهند.
نتایج این پروژه در مجله علمی Nature به چاپ رسیده است.
به نظر شما کامپیوترهای آنالوگ می‌توانند جایگزین شتاب‌دهنده‌های فعلی در کاربردهای خاص شوند یا کماکان تمام عرصه‌های محاسباتی در انحصار پردازنده‌های دیجیتال خواهد ماند؟
در همین رابطه بخوانید:
– انقلاب کوانتومی روی سیلیکون: اولین تراشه فوتونیک-الکترونیک در خط تولید تجاری ساخته شد
– اولین پردازنده تمام نوری جهان با فرکانس ۱۰۰ گیگاهرتزی ساخته شد؛ فوتون به جای الکترون
source