(Notícias Nanowerk) Aplicativos cada vez mais complexos, como a inteligência synthetic, exigem computadores cada vez mais poderosos e que consomem muita energia para funcionar. A computação óptica é uma solução proposta para aumentar a velocidade e a eficiência energética, mas ainda não foi implementada devido a restrições e desvantagens. Uma nova arquitetura de design, chamada fundição por difração, procura resolver essas deficiências. Ele introduz alguns conceitos no campo da computação óptica que podem torná-la mais atraente para implementação em dispositivos de computação de próxima geração.
Quer seja o smartphone no seu bolso ou o portátil na sua secretária, todos os dispositivos informáticos atuais são baseados em tecnologia eletrónica. Mas isto tem algumas desvantagens inerentes; em specific, geram necessariamente muito calor, especialmente à medida que aumentam o desempenho, sem falar que as tecnologias de fabricação estão se aproximando dos limites fundamentais do que é teoricamente possível. Como resultado, os pesquisadores exploram formas alternativas de realizar cálculos que possam resolver esses problemas e, idealmente, oferecer também algumas novas funcionalidades ou recursos.
Uma possibilidade reside numa ideia que existe há várias décadas, mas que ainda não se concretizou e se tornou comercialmente viável: a computação óptica. Essencialmente, a computação óptica aproveita a velocidade das ondas de luz e sua capacidade de interagir de maneiras complexas com diferentes materiais ópticos sem gerar calor. Acrescente a isso o fato de que uma ampla gama de ondas de luz pode passar através dos materiais simultaneamente sem afetar umas às outras e você pode, em teoria, produzir um computador massivamente paralelo, de alta velocidade e com baixo consumo de energia.
“Na década de 1980, pesquisadores no Japão exploraram um método de computação óptica chamado projeção de sombras, que poderia realizar algumas operações lógicas simples. Mas a sua implementação baseou-se em formas ópticas geométricas relativamente volumosas, talvez análogas aos tubos de vácuo utilizados nos primeiros computadores digitais. Eles funcionavam em princípio, mas faltava-lhes flexibilidade e facilidade de integração para tornar algo útil”, disse o professor associado Ryoichi Horisaki, do Laboratório de Fotônica da Informação da Universidade de Tóquio. “Introduzimos um esquema de computação óptica chamado projeção de difração, que melhora a projeção de sombras. A projeção de sombra é baseada em raios de luz interagindo com diferentes geometrias, enquanto a projeção de difração é baseada nas propriedades da própria onda de luz, o que resulta em elementos ópticos mais espacialmente eficientes e funcionalmente flexíveis que são extensíveis de maneiras que você esperaria e exigiria para um common computador. Executamos simulações numéricas que produziram resultados muito positivos, usando pequenas imagens em preto e branco de 16 por 16 pixels como entradas, menores que os ícones na tela de um smartphone.”
Horisaki e sua equipe propõem um sistema totalmente óptico, ou seja, que apenas converte a saída closing em algo eletrônico e digital; antes desse estágio, cada etapa do sistema é óptica. A ideia deles é pegar uma imagem como fonte de dados – o que naturalmente sugere que este sistema poderia ser usado para processamento de imagens, mas outros tipos de dados, especialmente aqueles usados em sistemas de aprendizado de máquina, também poderiam ser representados graficamente – e combinar essa imagem de origem com uma série de outras imagens representando estágios em operações lógicas.
Pense nisso como camadas em um aplicativo de edição de imagens como o Adobe Photoshop: você tem uma camada de entrada – imagem de origem – que pode ter camadas colocadas no topo, que obscurecem, manipulam ou transmitem algo da camada abaixo. A saída – camada superior – é essencialmente processada pela combinação dessas camadas. Nesse caso, essas camadas terão luz passando por elas lançando uma imagem (daí o “casting” na fundição por difração) em um sensor, que então se tornará dados digitais para armazenamento ou apresentação ao usuário.
“A fundição por difração é apenas um bloco de construção em um computador hipotético baseado neste princípio e talvez seja melhor pensar nisso como um componente adicional em vez de uma substituição completa dos sistemas existentes, semelhante à forma como as unidades de processamento gráfico são componentes especializados para gráficos. , cargas de trabalho de jogos e aprendizado de máquina”, disse o autor principal Ryosuke Mashiko. “Prevejo que levará cerca de 10 anos para estar disponível comercialmente, pois há muito trabalho a ser feito na implementação física, que, embora baseada em trabalho actual, ainda não foi construída. Atualmente, podemos demonstrar a utilidade da difusão por difração na execução das 16 operações lógicas básicas no centro de grande parte do processamento de informações, mas também há espaço para estender nosso sistema para outra área futura da computação que vai além do tradicional, e que é a computação quântica. computação. O tempo dirá.
As descobertas foram publicadas em Fotônica Avançada (“Fundição por difração”).