Elektronik mikroçipler, günümüz dünyasının kalbinde yer alıyor. Dizüstü bilgisayarlarımızda, akıllı telefonlarımızda, arabalarımızda ve ev aletlerimizde onları görüyoruz. Yıllardır üreticiler bu çipleri daha güçlü ve verimli hale getirerek elektronik cihazlarımızın performansını artırdı.
Ancak çip üretiminin artan maliyeti ve karmaşıklığı, ayrıca fizik yasalarının belirlediği performans sınırları nedeniyle bu gelişme hızı artık yavaşlıyor. Bu durum, yapay zeka alanındaki büyük patlama nedeniyle artan bilgi işlem gücüne olan ihtiyaçla aynı zamana denk geliyor.
Şu anda kullandığımız elektronik mikroçiplerin potansiyel bir alternatifi fotonik çiplerdir. Bunlar, daha yüksek performans elde etmek için elektrik yerine ışığı kullanır. Ancak fotonik çipler, bugüne kadar çeşitli engeller nedeniyle yaygınlaşamadı. Yakın zamanda yayınlanan iki önemli bilimsel çalışma, bu engellerin bir kısmını ele alarak, karmaşık yapay zeka sistemlerinin gerektirdiği bilgi işlem gücüne ulaşmak için temel adımlar sunuyor.
Bilginin taşınması ve işlenmesi için elektrik (elektronlar) yerine ışık (fotonlar) kullanarak, fotonik bilgi işlem daha yüksek hızlar ve daha geniş bant genişlikleri vaat ediyor. Bunun başlıca nedenleri arasında, direnç nedeniyle yaşanan elektrik akımı kaybının ve elektriksel bileşenlerden kaynaklanan istenmeyen ısı kaybının olmaması yer alıyor.
Fotonik bilgi işlem ayrıca, yapay zeka için temel matematiksel işlemler olan matris çarpımları gibi görevleri gerçekleştirmek için özellikle uygundur.
Bunlar fotonik çiplerin bazı avantajları. Ancak karşılaşılan zorluklar da azımsanmayacak düzeyde. Geçmişte fotonik çiplerin performansı genellikle izole bir şekilde inceleniyordu. Ancak modern teknolojide elektroniğin baskınlığı göz önüne alındığında, fotonik donanımın mevcut elektronik sistemlerle entegre edilmesi gerekiyor.
Fotonları elektriksel sinyallere dönüştürmek, ışığın daha yüksek hızlarda çalışması nedeniyle işlem sürelerini yavaşlatabilir. Ayrıca fotonik bilgi işlem, dijital yerine analog işlemler üzerine kuruludur. Bu durum, hassasiyeti azaltabilir ve gerçekleştirilebilecek hesaplama görevlerinin türünü sınırlayabilir.
Küçük prototiplerden büyük ölçekli üretime geçmek de zor bir konu. Çünkü büyük ölçekli fotonik devreler şu anda yeterli doğrulukla üretilemiyor. Fotonik bilgi işlem, kendi yazılım ve algoritmalarına ihtiyaç duyacak, bu da entegrasyon ve diğer teknolojilerle uyumluluk zorluklarını artırıyor.
Yayınlanan iki yeni çalışma bu engellerin birçoğunu ele alıyor. Bir araştırma ekibi, Fotonik Aritmetik İşlem Motoru (Pace) adı verilen yeni bir fotonik işlemci türü geliştirdi. Bu işlemci düşük gecikme süresine sahip, yani bir girdi veya komut ile bilgisayarın ilgili yanıtı veya eylemi arasında minimum gecikme yaşanıyor.
16.000'den fazla fotonik bileşene sahip bu büyük ölçekli Pace işlemcisi, zorlu bilgi işlem görevlerini çözebiliyor ve sistemin gerçek dünya uygulamaları için uygunluğunu gösteriyor. İşlemci, fotonik ve elektronik donanımın entegrasyonu, doğruluk ve farklı yazılım/algoritma ihtiyacının nasıl çözülebileceğini ortaya koyuyor. Aynı zamanda teknolojinin ölçeklenebilir olduğunu da kanıtlıyor.
Mevcut donanımın bazı hız sınırlamalarına rağmen bu, fotonik bilgi işlem alanında önemli bir gelişme olarak görülüyor.
Ayrı bir çalışmada, başka bir araştırma ekibi, geleneksel elektronik işlemcilerinkine benzer doğrulukla iki yapay zeka sistemini çalıştırabilen bir fotonik işlemci tanımladı. Bu işlemcinin etkinliği, Shakespeare benzeri metinler üreterek, film yorumlarını doğru şekilde sınıflandırarak ve Pac-Man gibi klasik bilgisayar oyunlarını oynayarak gösterildi.
Bu platform aynı zamanda potansiyel olarak ölçeklenebilir yapıda. Ancak bu özel durumda, kullanılan malzemelerin ve mühendisliğin getirdiği sınırlamalar, işlemcinin hızını ve genel hesaplama yeteneklerini bir miktar kısıtladı.
Her iki ekip de, geliştirdikleri fotonik sistemlerin yapay zeka kullanımını destekleyebilecek ölçeklenebilir yeni nesil donanımın bir parçası olabileceğini öne sürüyor. Bu çalışmalar, fotoniği nihayet uygulanabilir bir teknoloji haline getirme yolunda önemli adımlar atıyor, ancak daha etkili malzemelerin veya tasarımların kullanılması gibi ek iyileştirmelere ihtiyaç duyulacağı belirtiliyor.
