Chips de Computadora a Velocidad de Luz: Mayor Rendimiento y Menor Consumo Energético

Una empresa tecnológica acaba de demostrar que un chip informático que utiliza la luz y la velocidad a la que se mueve para procesar, es capaz de manejar cargas de trabajo informáticas del mundo real a velocidades revolucionarias y con una eficiencia energética destacada.

El director ejecutivo de la empresa lo ha descrito como una «maravilla tecnológica» que promete cambiar el futuro de la informática hacia un escenario donde se abandona el único camino de innovación que comenzó con el primer circuito integrado, para adentrarse en un mundo multipolar de posibilidades informáticas.

Descritos en dos artículos publicados en la revista Nature, los chips fotónicos de Lightmatter, que combinan el uso de luz y electricidad, han demostrado aumentar el rendimiento computacional mientras reducen el consumo de energía en comparación con los chips electrónicos convencionales.

Estos chips fotónicos podrían responder a las crecientes demandas de computación impulsadas por el avance de la tecnología de inteligencia artificial.

«La computación está en un punto de inflexión como no hemos visto desde que se inventó el transistor», escribió Nick Harris, cofundador y CEO de Lightmatter, en una publicación de blog celebrando la invención. «Las cargas de trabajo de inteligencia artificial están impulsando demandas computacionales más allá de lo que las leyes de escalamiento tradicionales pueden ofrecer».

El problema, plantea Harris, es que la capacidad existente para escalar el rendimiento de los circuitos cerrados está encontrando rendimientos decrecientes, ya que el aumento del tamaño físico para satisfacer las necesidades de un rendimiento mayor los hará costosos y demasiado grandes para los dispositivos modernos.

En contraste, la computación fotónica utiliza fotones en lugar de electrones y presenta una solución potencial a estos desafíos. Las operaciones de multiplicación y acumulación—operaciones computacionales centrales para la inteligencia artificial—pueden realizarse más rápidamente y con mayor eficiencia utilizando circuitos fotónicos.

El procesador fotónico de Lightmatter realiza 65.5 billones de operaciones de punto flotante adaptativas de bloque de 16 bits (ABFP) por segundo, consumiendo solo 78 vatios de energía eléctrica y 1.6 vatios de energía óptica.

Este nivel de integración representa el más alto logrado hasta ahora en procesamiento fotónico, y fue utilizado en el estudio para alimentar una variedad de sistemas de IA de última generación disponibles actualmente, como el modelo de procesamiento de lenguaje natural BERT y una red neuronal llamada ResNet (utilizada para el procesamiento de imágenes) a la par con lo mejor que los chips de circuito cerrado de silicio convencionales pueden ofrecer a un consumidor promedio.

Los autores muestran que su procesador fotónico tiene una gama de aplicaciones, incluyendo la generación de texto al estilo de Shakespeare, la clasificación precisa de reseñas de películas y la posibilidad de jugar juegos clásicos de computadora como Pac-Man.

«La computación fotónica ha estado en desarrollo durante décadas, pero estas demostraciones podrían significar que finalmente estamos a punto de aprovechar el poder de la luz para construir sistemas de computación más potentes y eficientes en energía», señala Anthony Rizzo en el Dartmouth College en un comentario publicado junto con los estudios.

Los procesadores fotónicos fueron construidos en una instalación existente para la fabricación de microprocesadores, y con las mismas máquinas. Encajan en una placa base normal, demostrando que esta es una tecnología que podría estar disponible en años en lugar de décadas.

Finalmente, el procesador fue construido utilizando solo luz monocromática en un único modo de guía de onda espacial. Esto deja mucho espacio para futuras mejoras que podrían usar muchos modos de frecuencia y espaciales en paralelo.

«Por primera vez en la historia de la computación, hemos demostrado una tecnología no basada en transistores capaz de ejecutar cargas de trabajo complejas y del mundo real con una precisión y eficiencia comparable a los sistemas electrónicos existentes», dijo Harris.

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Como señala Harris, coautor en uno de los dos artículos, actualmente se están investigando y desarrollando varios futuros existentes de la computación, incluyendo la computación cuántica, los sistemas informáticos basados en interacciones ADN-ARN o en neurología humana, y procesadores tradicionales que utilizan nanotubos de carbono en lugar de silicio.

Cada una tiene grandes obstáculos que superar, pero Harris cree que, junto con los chips fotónicos de Lightmatter, representan el futuro de la computación—alejándose de un enfoque singular en hacer que los chips de silicio sean más pequeños y más potentes, y hacia un nuevo mundo donde hay múltiples métodos de computación de alta velocidad que están especializados para tareas específicas.

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«La invención del circuito integrado, el microprocesador o el mismo transistor—ninguna de estas innovaciones reemplazó inmediatamente a sus predecesores, pero cada una cambió fundamentalmente lo que era posible», escribe Harris.

«En Lightmatter, hemos demostrado que el próximo capítulo de la computación no necesita seguir limitado por las limitaciones de los transistores. Para una industria acostumbrada a la reinvención continua, la fotónica representa una nueva frontera emocionante y necesaria», concluye Harris.