Des chercheurs de l’Université de Floride ont développé une nouvelle puce qui utilise la lumière au lieu de l’électricité pour effectuer l’une des tâches les plus avides de l’intelligence artificielle, une percée qui pourrait aider à aborder la consommation d’énergie croissante de modèles d’IA complexes. La recherche, rapportée dans Photonique avancéedétaille un système qui réduit considérablement la consommation d’énergie et accélère le traitement. À mesure que les systèmes d’IA deviennent plus centraux à la technologie, leur consommation d’électricité pose des défis importants à la durabilité. Cette nouvelle puce offre une solution potentielle en intégrant les composants optiques directement sur une puce de silicium pour gérer une fonction d’intermédiaire centrale.
Comment fonctionne la puce optique
La puce est spécifiquement conçue pour effectuer des opérations de convolution, un processus fondamental de l’apprentissage automatique qui permet aux systèmes d’IA de détecter les modèles dans les images, la vidéo et le texte. Ces opérations nécessitent généralement une grande quantité de puissance de calcul. Le nouveau système effectue ces convolutions à l’aide de lampe laser et des lentilles microscopiques. Les données d’apprentissage automatique sont d’abord converties en lumière laser sur la puce. Cette lumière traverse ensuite deux ensembles de lentilles Fresnel miniatures – flat, versions ultra-réceptaires des lentilles trouvées dans les phares – qui sont gravées directement sur la puce et sont plus étroites que les cheveux humains. Ces lentilles effectuent la transformation mathématique, et le résultat est ensuite converti en un signal numérique pour terminer la tâche d’IA.
« Effectuer un calcul de l’apprentissage automatique clé à presque zéro énergie est un bond en avant pour les futurs systèmes d’IA. Il est essentiel de continuer à augmenter les capacités de l’IA dans les années à venir. »
Le chef de l’étude Volker J. Sorger, professeur à l’Université de Floride.
Performance et avantages
Dans les tests, la puce prototype a réussi à classer les chiffres manuscrits avec une précision d’environ 98%, un niveau de performance comparable aux puces électroniques traditionnelles. Un avantage clé de l’approche photonique est sa capacité à traiter plusieurs flux de données en même temps. En utilisant des lasers de différentes couleurs, une technique connue sous le nom de multiplexage de longueur d’onde, la puce peut gérer plusieurs opérations simultanément. « Nous pouvons avoir plusieurs longueurs d’onde, ou couleurs de lumière, passant par l’objectif en même temps », a déclaré Hangbo Yang, professeur agrégé de recherche et co-auteur de l’étude. « C’est un avantage clé de la photonique. »
Intégration future
La recherche a été menée en collaboration avec le Florida Semiconductor Institute, l’UCLA et l’Université George Washington. Les chercheurs ont noté que les principaux fabricants de puces comme NVIDIA utilisent déjà des éléments optiques dans certains de leurs systèmes d’IA, ce qui pourrait faciliter l’intégration de cette nouvelle technologie. « Dans un avenir proche, l’optique à base de puces deviendra un élément clé de chaque puce d’IA que nous utilisons quotidiennement », a déclaré Sorger. « Et l’informatique optique AI est la suivante. »
