Chip nutzt Licht statt Strom und rechnet in unter 1 Nanosekunde komplexe Anfragen

Forschende am MIT haben eine bemerkenswerten Computerchip entwickelt, der nicht nur ein komplettes neuronales Netzwerk darstellt. Er kann zudem wesentlich schneller Ergebnisse liefern als bisherige System und benötigt weniger Strom.

Weil die Infrastruktur und der Herstellungsprozess den bestehenden Methoden gleichen, kann er dennoch vergleichsweise preiswert und vor allem mit einer niedrigen Fehlerquote hergestellt werden.

Das entscheidende Kernelement ist eine optische Recheneinheit. Statt Elektronen übertragen Photonen die Informationen, die beispielsweise für lineare Aufgaben wie die Matrizenberechnung, eine typische Aufgaben für unterschiedlichste Chiparten, benötigt werden. Daher rührt die hohe Effizienz, weil die Anregung von Photonen kaum Energie benötigt.

Ein Problem stellen hingegen die nicht-linearen Operationen dar, die ein neuronales Netzwerk überhaupt dazu befähigen, komplexe Aufgaben zu bewältigen. Weil die Interaktion von Photonen sich äußerst schwierig gestaltet, sind an diesem Punkt konventionelle Schaltungen eingebaut.

Photodioden, die in jeder handelsüblichen Kamera eingesetzt werden, übersetzen die Lichtsignale in elektrische Signale. Das geschieht direkt auf dem Chip und ist dank der Dioden extrem energieeffizient.

So ist es möglich, auf einem Chip, der nicht viel größer als ein handelsüblichen Computerprozessor ist, ein komplettes neuronales Netzwerk zu trainieren. Es besteht aus sechs Neuronen und drei Lagen und kann lineare und nicht-lineare Operationen ausführen.

Für eine Antwort benötigt das System laut Studie nur 410 Pikosekunden, also weniger als eine halbe Nanosekunde oder 0,00000000041 Sekunden. Im Test musste ein Vokal erkannt werden. Die Genaugkeit, ein weiterer entscheidender Faktor für die Effizienz liegt mit 92,5 Prozent auf dem Niveau bestehender Systeme.

Laut der Autoren der Studie ist bei der ohnehin schon hohen Effizienz noch weiteres Sparpotential vorhanden. Die eingesetzten Algorithmen basieren auf klassischer Hardware und können oder sollten sogar für die optische Schaltung angepasst werden.

Vielleicht müssen dann am Ende doch keine neuen Atomkraftwerke gebaut werden, um mit künstlicher Intelligenz arbeiten zu können.