Tekoälyn nopeasti kasvavaa energiankulutusta voidaan leikata radikaalisti mikroelektroniikan uusilla ratkaisuilla. VTT Mikroelektroniikka ja fotoniikka -tutkimusalueen uutena johtajana aloittaneen Ari Alastalon mukaan analoginen laskenta voi parhaimmillaan pudottaa laskennan tehontarpeen jopa tuhannesosaan nykyisestä.
Alastalo aloitti VTT Mikroelektroniikka ja fotoniikka -tutkimusalueen johtajana lokakuun alussa. Hänen mukaansa laskennan, datankäsittelyn ja tiedonsiirron jatkuva kasvu tekee energiankulutuksesta yhden puolijohdealan keskeisistä haasteista.
Yksi ratkaisu voi löytyä analogisesta laskennasta. Siinä laskutoimituksia ei tehdä perinteiseen tapaan digitaalisilla ykkösillä ja nollilla, vaan fysikaalisia suureita hyödyntävillä analogisilla piireillä. Erityisesti tietyissä tekoälyn laskentatehtävissä menetelmä voi vähentää datan siirtämistä prosessorin ja muistin välillä, mikä kuluttaa nykyisissä järjestelmissä huomattavan osan energiasta.
– Arvioiden mukaan analoginen laskenta voi vähentää tehontarvetta sadasosaan ja joissakin sovelluksissa jopa tuhannesosaan nykyisestä, Alastalo sanoo.
Vertailukohdaksi hän nostaa ihmisaivot, jotka kuluttavat vain murto-osan vastaavanlaiseen laskentaan käytettävän tietokonejärjestelmän energiasta.
VTT kehittää myös ratkaisuja, joissa anturi ja sen tuottaman datan käsittely tuodaan samalle piisirulle. Tällöin esimerkiksi kuvan, äänen tai muun anturidatan käsittely voidaan aloittaa jo siellä, missä tieto syntyy. Kaikkea raakadataa ei tarvitse siirtää erilliseen prosessoriin ja muistiin käsiteltäväksi.
Tällaisesta anturiin integroidusta laskennasta voi olla hyötyä erityisesti reunalaskennassa, jossa tekoälyn pitäisi toimia pienellä tehonkulutuksella ilman jatkuvaa yhteyttä pilveen. VTT näkee sovelluksia muun muassa terveysteknologiassa, ympäristön havainnoinnissa, liikenteessä ja teollisuudessa.
Toinen nopeasti kasvava alue on integroitu piifotoniikka. VTT kehittää vähähäviöisiä fotoniikkaratkaisuja, joilla voidaan toteuttaa nopeita optisia yhteyksiä esimerkiksi tekoälysirujen välille. Kun AI-järjestelmien laskentateho kasvaa, myös sirujen välisestä tiedonsiirrosta on tulossa yhä merkittävämpi tehonkulutuksen ja suorituskyvyn rajoite.
Alastalon johtamaan tutkimusalueeseen kuuluu seitsemän tutkimusryhmää. Niiden työ ulottuu optisista, MEMS- ja grafeeniantureista integroituihin piireihin, muistiteknologioihin ja fotoniikkaan sekä kvanttilaskennassa tarvittavaan kryogeeniseen elektroniikkaan. Lisäksi VTT kehittää IC-, suodatin- ja antenniteknologioita tulevien 6G-taajuuksien käyttöön.
Alastalo on työskennellyt VTTä vuodesta 2002. Aiemmin hän on työskennellyt Nokialla ja Teknillisellä korkeakoululla. Hänen tutkimustaustansa kattaa muun muassa MEMS-teknologian, painetun elektroniikan, puettavat anturit, antenniryhmät ja suprajohtavuuden.
