Nelle sale di ricerca dell’Università della Pennsylvania, gli ingegneri stanno definendo il futuro della computazione con un chip fotonico in silicio, un’avanzata tecnologia progettata per accelerare l’addestramento dell’intelligenza artificiale (IA) e migliorare l’efficienza energetica dei computer. Il progetto, basato sul chip silicio-fotonico (SiPh), è il risultato della collaborazione tra il professor Nader Engheta e il professore Firooz Aflatouni, che hanno combinato la manipolazione di materiali su scala nanometrica con l’utilizzo della luce come mezzo di comunicazione. Questo chip utilizza le onde luminose anziché l’elettricità per eseguire complessi calcoli, consentendo un’accelerazione radicale nella velocità di elaborazione dei computer.
Chip fotonici in silicio: architettura innovativa per velocità, efficienza ed adattabilità
L’architettura unica del SiPh, con variazioni di altezza nel silicio, permette di controllare la propagazione della luce attraverso il chip, consentendo di eseguire calcoli matematici alla velocità della luce. In altre parole, la novità introdotta dai ricercatori è nell’architettura dei chip, che invece di avere uno spessore uniforme, presentano gobbe e avvallamenti: variazioni di altezza che permettono di controllare, come mai prima, la propagazione dei fotoni secondo alcuni schemi specifici. Questa tecnologia è già pronta per l’applicazione commerciale e potrebbe essere integrata nelle unità di elaborazione grafica (GPU), rispondendo alla crescente domanda di sistemi integrati con intelligenza artificiale. Oltre all’accelerazione dell’addestramento e della classificazione nell’IA, i chip fotonici in silicio offrono vantaggi significativi come maggiore velocità e minor consumo energetico, rendendoli ideali per le applicazioni commerciali e le esigenze crescenti delle GPU.
Collaborazione strategica per l’innovazione
In un articolo pubblicato su Nature Photonics, il gruppo di Engheta, insieme a quello di Firooz Aflatouni, professore associato di ingegneria elettrica e dei sistemi, descrive lo sviluppo del nuovo chip. “Abbiamo deciso di unire le forze”, spiega Engheta, facendo leva sul fatto che il gruppo di ricerca di Aflatouni è stato un pioniere dei dispositivi in silicio su scala nanometrica. Il loro obiettivo era quello di sviluppare una piattaforma per eseguire la cosiddetta moltiplicazione vettoriale-matrice, un’operazione matematica fondamentale per lo sviluppo e il funzionamento delle reti neurali, l’architettura informatica che alimenta gli attuali strumenti di intelligenza artificiale. Invece di utilizzare un wafer di silicio di altezza uniforme, spiega Engheta, “si rende il silicio più sottile, ad esempio 150 nanometri”, ma solo in regioni specifiche. Come detto, queste variazioni di altezza – senza l’aggiunta di altri materiali – forniscono un mezzo per controllare la propagazione della luce attraverso il chip, poiché le variazioni di altezza possono essere distribuite in modo da provocare la dispersione della luce secondo schemi specifici, consentendo al chip di eseguire calcoli matematici alla velocità della luce.
Eseguire calcoli senza archiviare i dati: rivoluzione anche nella sicurezza
Un aspetto particolarmente rilevante è l’aumento della sicurezza offerto da questi chip, poiché possono eseguire calcoli senza archiviare informazioni. Infatti, oltre a una maggiore velocità e a un minore consumo energetico, il chip di Engheta e Aflatouni presenta vantaggi in termini di privacy: poiché molti calcoli possono essere eseguiti simultaneamente, non sarà necessario memorizzare informazioni sensibili nella memoria di lavoro del computer, rendendo un futuro computer, alimentato da questa tecnologia, virtualmente non violabile. Questa caratteristica innovativa potrebbe rivoluzionare l’approccio alla sicurezza informatica nelle nuove frontiere dell’IA, eliminando la possibilità di hackerare una memoria per accedere ai dati. In sintesi, l’avvento dei chip fotonici in silicio segna una nuova era nella computazione, in cui la luce diventa il mezzo guida per i calcoli e l’efficienza energetica diventa cruciale per sviluppare sistemi intelligenti sempre più potenti e sicuri.
