Uuden mullistavan teknologian myötä tietokoneiden ja tekoälyjärjestelmien laskentateho voi harpata täysin uudelle tasolle. Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt innovatiivisen valoon perustuvan muistialustan, joka tarjoaa huikean nopeuden ja energiatehokkuuden yhdistelmän. Teknologiaa esittelevä tutkimus on julkaistu arvostetussa Nature Photonics -tiedejulkaisussa.
Nykyinen elektroniikka kohtaa yhä suurempia haasteita, kun laskentatehon kasvattaminen on hidastumassa. Esimerkiksi tekoäly ja koneoppiminen vaativat jatkuvasti enemmän laskentakapasiteettia, mutta transistorien tiheyttä ei voida enää kasvattaa loputtomasti ilman, että syntyy ylimääräistä lämpöä ja energiankulutusta. Tähän ongelmaan vastaa valoteknologiaan pohjautuva laskenta, joka hyödyntää fotoniikkaa eli valon käyttöä tiedonkäsittelyssä.
Tutkimushankkeeseen osallistuivat useat kansainvälisesti arvostetut korkeakoulut, kuten Kalifornian yliopisto Santa Barbarassa (UC Santa Barbara), Cagliarin yliopisto, Pittsburghin yliopisto ja Tokion tiedeinstituutti. Yhteistyössä kehitettiin uusi magneto-optinen muistialusta, jossa hyödynnetään ceriumilla korvattua yttrium-rautagarnettia (Ce:YIG). Tämän materiaalin optisia ominaisuuksia voidaan muuttaa ulkoisilla magneettikentillä. Näin valosignaalien kulkua voidaan ohjata materiaalin sisällä mikro-magneettien avulla.Uusi alusta mahdollistaa laskutoimitusten, kuten matriisi-vektorikertolaskujen, suorittamisen lähes reaaliaikaisesti. Tämä prosessi on olennainen osa tekoälyjärjestelmien toimintaa.
Tutkijoiden mukaan uusi muistialusta on jopa 100 kertaa nopeampi kuin nykyisin käytössä olevat valopohjaiset teknologiat, ja se kuluttaa vain kymmenesosan niiden energiasta. Perinteisiin optisiin muisteihin verrattuna uusi teknologia on huomattavasti kestävämpi. Nykyiset optiset muistijärjestelmät kestävät noin 1 000 uudelleenkirjoituskertaa, kun taas magneto-optinen muisti kestää yli 2,3 miljardia kirjoituskertaa. Tämä antaa alustalle lähes rajattoman elinkaaren.
- Voimme käyttää sähkövirtaa mikro-magneettien ohjelmointiin ja tallentaa tietoa, joka ohjaa valon kulkua materiaalin sisällä. Tämä mahdollistaa monimutkaisten operaatioiden suorittamisen nopeammin ja tehokkaammin kuin perinteinen elektroniikka, kertoi projektin koordinaattori Paolo Pintus.
Tutkijat uskovat, että heidän kehittämänsä teknologia voi aloittaa uuden aikakauden optisessa laskennassa. Sen odotetaan tuovan merkittäviä parannuksia erityisesti tekoälyyn, koneoppimiseen ja muihin laskentaintensiivisiin sovelluksiin.
Jos teknologia saadaan kaupallistettua, se voi korvata perinteisiä prosessoreita ja muisteja monilla aloilla, mikä voisi mullistaa tietokoneiden ja muiden laitteiden suorituskyvyn globaalisti. Valo, tulevaisuuden laskentateknologian ytimessä, voi olla avain yhä tehokkaampaan ja energiatehokkaampaan tietojenkäsittelyyn.
Kuva: Brian Long
Kun suurteholaskennan (HPC) työkuormat monimutkaistuvat, generatiivinen tekoäly sulautuu yhä tiiviimmin moderneihin järjestelmiin ja lisää kehittyneiden muistiratkaisujen tarvetta. Vastatakseen näihin muuttuviin vaatimuksiin ala kehittää uuden sukupolven muistiarkkitehtuureja, jotka maksimoivat kaistanleveyden, minimoivat latenssin ja parantavat energiatehokkuutta.
