Немецкие физики разработали оптические ИИ-процессоры на базе нитрида галлия со сниженным в 100 раз энергопотреблением

Исследователи из Брауншвейгского технического университета (Германия) представили прототип оптического нейроморфного процессора. Устройство объединяет классическую кремниевую электронику и микросветодиоды на основе нитрида галлия (GaN). Согласно результатам компьютерных симуляций, новая архитектура вычислений потребляет в 100 раз меньше электроэнергии по сравнению с современными ИИ-ускорителями.

Разработка направлена на решение проблемы экспоненциального роста энергопотребления дата-центров. По оценкам Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, на обеспечение работы языковых моделей уровня ChatGPT ежедневно расходуется около 40 млн кВт·ч. При сохранении темпов роста индустрии к 2028 году ИИ-нагрузки будут потреблять более половины всей энергии вычислительных центров.

В рамках проекта BRIGHT (Bringing Light to Microelectronics) инженеры предложили заменить передачу электрических сигналов (электронов) световыми импульсами (фотонами). Представленный аппаратный прототип состоит из сети на 1000 искусственных нейронов, которая функционирует по принципу работы человеческого мозга: процессор активирует вычислительные цепи только при поступлении задачи (событийно-ориентированная обработка).

Использование нитрида галлия, температура плавления которого на 200 °C выше, чем у кремния, позволило создать сверхкомпактные светодиоды. Они выступают источниками оптического сигнала, а кремниевая логика (CMOS) отвечает за его интеграцию. Оптическая передача данных исключает необходимость физического соединения миллиардов транзисторов медными проводниками, что снижает тепловыделение и обеспечивает высокую плотность параллельных вычислений.

Проект реализуется консорциумом Nitride Technology Center (NTC) при финансировании в размере 15 млн евро от правительства Нижней Саксонии и фонда Volkswagen. Для коммерциализации технологии и создания компактных систем стандарта plug-and-play для дата-центров ученые запустили стартап Synara Technologies.

Источник: Interesting Engineering