Ejecutar aplicaciones complejas como la inteligencia artificial requiere computadoras cada vez más potentes y con poca potencia. La computación óptica es una solución propuesta para aumentar la velocidad y la eficiencia energética, pero aún no se ha implementado debido a cuellos de botella e inconvenientes. Una nueva arquitectura de diseño, llamada fundición por difracción, intenta superar estas deficiencias. Introduce algunos conceptos en el campo de la informática óptica que pueden hacerla más atractiva para su implementación en dispositivos informáticos de próxima generación.
Ya sea un teléfono inteligente en el bolsillo o una computadora portátil en el escritorio, todos los dispositivos informáticos actuales se basan en tecnología electrónica. Pero tiene algunos inconvenientes inherentes. En particular, necesariamente generan mucho calor, especialmente porque aumentan la eficiencia, sin mencionar que las tecnologías de fabricación se están acercando a los límites fundamentales de lo que es teóricamente posible. Como resultado, los investigadores buscan métodos computacionales alternativos que puedan abordar estos problemas e idealmente también ofrecer algunas funciones o características nuevas.
Una posibilidad radica en una idea que ha existido durante décadas pero que aún no se ha desarrollado ni se ha hecho comercialmente viable: la informática óptica. Básicamente, la computación óptica aprovecha la velocidad de las ondas de luz y su capacidad para interactuar de forma compleja con diferentes materiales ópticos sin generar calor. Si a esto le sumamos el hecho de que una amplia gama de ondas de luz pueden atravesar el material simultáneamente sin afectarse entre sí, se podría teóricamente construir una computadora masivamente paralela, de alta velocidad y de bajo consumo.
“En la década de 1980, investigadores en Japón exploraron un método de computación óptica llamado proyección de sombras, que podía realizar algunas operaciones lógicas simples. Pero su implementación se basó en formas ópticas geométricas relativamente pesadas, que pueden haber sido utilizadas en las primeras computadoras digitales. Yo era similar a Los tubos de vacío utilizados funcionaron en principio, pero carecían de la flexibilidad y la facilidad de integración para hacer algo útil”, dijo Ryoichi Horisaki, profesor asociado del Laboratorio de Fotónica de la Información de la Universidad de Tokio. “Introducimos un esquema de computación óptica llamado proyección de difracción que mejora la proyección de sombras. La proyección de sombras se basa en rayos de luz que interactúan con diferentes geometrías, mientras que la proyección de difracción se basa en las propiedades ondulatorias de la luz misma, lo que da como resultado una mayor eficiencia espacial y una mayor flexibilidad funcional. Se recuperaron elementos ópticos que son escalables de la manera que se esperaría de una computadora universal y realizamos simulaciones numéricas con resultados muy positivos, utilizando pequeñas imágenes en blanco y negro de 16 por 16 píxeles como entrada, más pequeñas que los iconos de una computadora. pantalla del teléfono inteligente.”
Horisaki y su equipo propusieron un sistema totalmente óptico, es decir, uno que sólo convierte el resultado final en algo electrónico y digital. Antes de este paso, cada paso del sistema es teórico. Su idea es tomar una imagen como fuente de datos, lo que naturalmente sugiere que el sistema se puede utilizar para el procesamiento de imágenes, pero también se pueden representar gráficamente otros tipos de datos, especialmente los de los sistemas de aprendizaje automático. conjunto. Una imagen de origen que contiene una serie de otras imágenes que representan pasos de operaciones lógicas. Piense en ello como capas en una aplicación de edición de imágenes como Adobe Photoshop: tiene una capa de entrada, la imagen de origen, encima de la cual se pueden colocar capas, comenzando con una capa debajo que oscurece, manipula o mueve cosas. La salida (la capa superior) es esencialmente una combinación de estas capas. En este caso, la luz pasará a través de estas capas proyectando una imagen (de ahí la “transmisión” en la transmisión por difracción) hacia un sensor, que luego se convertirá en datos digitales para su almacenamiento o presentación al usuario.
“La conversión de diferencias es solo un bloque de construcción en una computadora virtual basada en este principio y es mejor considerarla como un componente adicional en lugar de un reemplazo completo de los sistemas existentes, ya que las unidades de procesamiento gráfico son componentes especializados para cargas de trabajo de gráficos, juegos y aprendizaje automático. ” dijo el autor principal Ryosuke Mashiko. “Creo que pasarán unos 10 años antes de que esté disponible comercialmente, ya que queda mucho trabajo por hacer en la implementación física, que, aunque se basa en trabajos reales, aún no se ha construido. Actualmente, estamos disparidades. utilidad de realizar 16 operaciones lógicas básicas en el núcleo de gran parte del procesamiento de información, pero también hay margen para extender nuestro sistema a otra área emergente de la computación más allá de la tradicional, y es la computación cuántica”.
