Nuevo chip abre la puerta a computación con IA a la velocidad de la luz

Ingenieros de la Universidad de Pensilvania han desarrollado un chip que utiliza ondas de luz, en lugar de electricidad, para operaciones matemáticas complejas esenciales para entrenar la inteligencia artificial (IA). 

El chip tiene el potencial de acelerar radicalmente la velocidad de procesamiento de las computadoras y al mismo tiempo reducir su consumo de energía.

El diseño del chip fotónico de silicio (SiPh) es el primero que reúne la investigación pionera del profesor de esta universidad Nader Engheta en la manipulación de materiales a nanoescala para realizar cálculos matemáticos utilizando la luz (el medio de comunicación más rápido posible) con la plataforma SiPh, que utiliza silicio, el elemento barato y abundante que se utiliza para producir chips de computadora en masa.

La interacción de las ondas de luz con la materia representa una posible vía para desarrollar computadoras que superen las limitaciones de los chips actuales, que se basan esencialmente en los mismos principios que los chips de los primeros días de la revolución informática en la década de 1960.

En un artículo que aparece en Nature Photonics, el grupo del profesor Nader Engheta, junto con el de Firooz Aflatouni, profesor asociado de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas, describe el desarrollo del nuevo chip.

"Decidimos unir fuerzas", afirma Engheta, aprovechando el hecho de que el grupo de investigación de Aflatouni ha sido pionero en dispositivos de silicio a nanoescala.

Su objetivo era desarrollar una plataforma para realizar lo que se conoce como multiplicación de matrices vectoriales, una operación matemática central en el desarrollo y funcionamiento de redes neuronales, la arquitectura informática que impulsa las herramientas de inteligencia artificial actuales.

En lugar de utilizar una oblea de silicio de altura uniforme, explica Engheta, "se hace el silicio más delgado, digamos 150 nanómetros", pero sólo en regiones específicas. Esas variaciones de altura, sin la adición de ningún otro material, proporcionan un medio para controlar la propagación de la luz a través del chip, ya que las variaciones de altura se pueden distribuir para causar que la luz se disperse en patrones específicos, lo que permite que el chip realice cálculos matemáticos a la velocidad de la luz.

Debido a las limitaciones impuestas por la fundición comercial que produjo los chips, dice Aflatouni, este diseño ya está listo para aplicaciones comerciales y podría adaptarse potencialmente para su uso en unidades de procesamiento de gráficos (GPU), cuya demanda se ha disparado con la generalización del interés en desarrollar nuevos sistemas de IA.

"Pueden adoptar la plataforma Silicon Photonics como complemento", dice Aflatouni, "y luego podrían acelerar el entrenamiento y la clasificación".

Además de una velocidad más rápida y un menor consumo de energía, el chip de Engheta y Aflatouni tiene ventajas de privacidad: debido a que muchos cálculos pueden ocurrir simultáneamente, no habrá necesidad de almacenar información confidencial en la memoria de trabajo de una computadora, lo que hará que una futura computadora impulsada por dicha tecnología sea prácticamente imposible de piratear.

"Nadie puede piratear una memoria inexistente para acceder a su información", afirma Aflatouni.