MIT lança primeiro processador totalmente fotônico para aplicações de IA

Uma equipe de cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT), em colaboração com colegas internacionais, criou o que afirmam ser o primeiro processador totalmente fotônico para aplicações de inteligência artificial. O processador fotônico apresenta desempenho equivalente aos seus homólogos baseados em transistores de silício, mas realiza cálculos com um consumo de energia significativamente menor. Isso é particularmente importante para a criação de periféricos “inteligentes” — como lidars, câmeras, dispositivos de comunicação e muito mais, que agora têm um caminho direto para o avanço tecnológico.

Desafios e Inovações na Computação Fotônica

O principal desafio na criação de um chip totalmente fotônico para IA reside no fato de que a luz lida bem com cálculos lineares, enquanto cálculos não lineares exigem um consumo substancial de energia. Blocos especiais são necessários para operações não lineares, pois os fótons interagem entre si apenas sob condições específicas. Anteriormente, operações lineares, como multiplicação de matrizes, eram realizadas por um bloco fotônico, enquanto para cálculos não lineares, o sinal de luz era convertido em impulsos elétricos e processado de maneira tradicional — por um processador de transistores de silício.

Os cientistas do MIT buscaram criar um único processador que pudesse receber um sinal de luz como entrada e fornecer um sinal de luz como saída sem utilizar coprocessadores de silício. Segundo eles, ao aproveitar trabalhos anteriores e descobertas de colegas internacionais, conseguiram atingir esse objetivo.

Desempenho e Eficiência do Novo Processador Fotônico

O dispositivo óptico desenvolvido pelos pesquisadores foi capaz de realizar cálculos-chave para uma tarefa de classificação usando aprendizado de máquina em menos de meio nanossegundo, alcançando uma precisão superior a 92% — um nível de desempenho comparável ao equipamento tradicional. O chip criado consiste em módulos interconectados formando uma rede neural óptica e é fabricado utilizando processos litográficos comerciais, o que pode garantir a escalabilidade da tecnologia e sua integração em eletrônicos modernos.

Solução Inovadora para Cálculos Não Lineares

Os cientistas abordaram o problema dos cálculos fotônicos não lineares de maneira inovadora. Eles desenvolveram um bloco integrado NOFU — unidade funcional não linear óptica — dentro do processador óptico, que permitiu o uso de circuitos eletrônicos junto com os ópticos sem a necessidade de operações externas. O bloco NOFU foi escolhido como um compromisso entre circuitos não lineares puramente fotônicos e circuitos eletrônicos clássicos.

Inicialmente, o sistema codifica os parâmetros de uma rede neural profunda em pulsos de luz. Em seguida, um array de divisores de feixe programáveis realiza a multiplicação de matrizes dos dados de entrada. Os dados são então passados para uma camada NOFU programável, onde funções não lineares são implementadas, transmitindo sinais de luz para fotodiodos. Estes, por sua vez, convertem o sinal de luz em impulsos elétricos. Como essa etapa não requer amplificação externa, os blocos NOFU consomem muito pouca energia.

Benefícios e Potencial Futuro

“Nós permanecemos no domínio óptico o tempo todo, até o final, quando queremos computar a resposta. Isso nos permite alcançar uma latência ultra baixa,” afirmam os autores do estudo.

Disponibilidade e Impacto Tecnológico

Embora a pesquisa ainda esteja em estágio inicial e exija melhorias significativas nas áreas de capacidades dos agentes e geração de ambientes, a equipe do MIT já vê o Genie 2 como uma solução para o problema estrutural do treinamento seguro de agentes de IA. A escalabilidade e a integração potencial com eletrônicos modernos apontam para um futuro promissor para a computação fotônica em inteligência artificial.