Künstliche Intelligenz (KI)-Systeme wie ChatGPT benötigen große Mengen an Energie, um zu funktionieren. Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat ein Team des Zentrums für Optik, Photonik und Laser (COPL) einen optischen Chip entwickelt, der die schnelle Übertragung riesiger Datenmengen ermöglicht. Diese Technologie, die so dünn wie ein menschliches Haar ist, bietet eine unübertroffene Energieeffizienz.
Diese Innovation, die in der Zeitschrift
Nature Photonics veröffentlicht wurde, basiert auf der Nutzung von Licht zur Informationsübertragung. Im Gegensatz zu traditionellen Systemen, die nur die Lichtintensität nutzen, verwendet dieser Chip auch die Phase des Lichts, also seine Verschiebung.
Der Chip, so dünn wie ein Haar, setzt auf zwei Paare von Mikroringresonatoren, um eine unübertroffene Leistung zu erreichen. — Mit freundlicher Genehmigung
Durch das Hinzufügen einer neuen Dimension zum Signal erreicht das System eine unübertroffene Leistung bei gleichbleibend winziger Größe. "Wir steigern die Geschwindigkeit von 56 Gigabit (Gb) pro Sekunde auf 1000 Gb pro Sekunde", betont der Doktorand Alireza Geravand, Erstautor der Studie.
Das Äquivalent von 100 Millionen Büchern in 7 Minuten übertragen
Das Forschungsteam sieht ein enormes Potenzial für das Training von KI-Modellen. "Mit 1000 Gigabit pro Sekunde könnten Sie alle Trainingsdaten – das entspricht mehr als 100 Millionen Büchern – in weniger als 7 Minuten übertragen, das ist die Zeit, um sich einen Kaffee zu machen", fügt er hinzu. Und all das würde nur 4 Joule verbrauchen, also die Energie, die benötigt wird, um einen Milliliter Wasser um ein Grad Celsius zu erwärmen.
Die Innovation basiert auf Mikroringresonatoren. Diese winzigen Siliziumbauteile sind in der Lage, Licht zu manipulieren und Informationen darin zu kodieren. Das System besteht aus zwei Ringpaaren: eines für die Intensität, das andere für die Phase.
Aktuelle KI-Rechenzentren verwenden Dutzende, ja Hunderte von Tausenden von Prozessoren, die miteinander kommunizieren wie die Neuronen eines Gehirns. Bei einer Länge von jeweils einigen Millimetern wird die benötigte Infrastruktur schnell enorm und der Energiebedarf ebenso. "Am Ende hat man ein System, das kilometerlang ist", präzisiert der Doktorand. Dank ihrer Technologie können die Geräte schnell und effizient kommunizieren, als wären sie nur wenige Meter voneinander entfernt. Dies ist ein erheblicher Vorteil, da der KI-Bedarf ständig wächst.
Der Doktorand Alireza Geravand arbeitet an dieser Technologie in den Laboren des COPL. — Dany Vachon
Diese Technologie könnte in den nächsten Jahren in der Industrie integriert werden. Unternehmen wie NVIDIA beginnen bereits, Mikroringresonatoren einzusetzen, obwohl diese auf die Lichtintensität beschränkt sind.
"Vor 10 Jahren hatte unser Labor diese Technologie demonstriert. Heute gehen wir einen Schritt weiter. Vielleicht holt die Industrie in einigen Jahren auf und diese Innovation kommt auf den Markt", schließt Alireza Geravand.
Die weiteren Unterzeichner der
Studie sind Zibo Zheng, Farshid Shateri, Simon Levasseur, Leslie A. Rusch und Wei Shi.
Quelle: Université Laval