Đột phá trong công nghệ chip quang tử mở ra tương lai cho AI hiệu suất cao

5 giờ trướcBài gốc

Khi nhu cầu tính toán của trí tuệ nhân tạo (AI) bùng nổ, các giới hạn vật lý và chi phí sản xuất ngày càng tăng đã bắt đầu kìm hãm tốc độ cải tiến của công nghệ này.

Theo Live Science, hướng đi thay thế đang thu hút nhiều sự chú ý là điện toán quang tử, trong đó các chip sử dụng ánh sáng thay vì dòng điện để xử lý thông tin. Dù được đánh giá đầy tiềm năng nhờ tốc độ xử lý cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp, công nghệ này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi do nhiều rào cản kỹ thuật.

Tuy nhiên, hai nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature gần đây đã bước đầu tháo gỡ một số nút thắt quan trọng, mở ra cơ hội đưa chip quang tử vào thực tế ứng dụng.

Hai nghiên cứu mới giúp chip quang tử vượt rào cản kỹ thuật, mở ra tương lai ứng dụng cho AI hiệu suất cao - Ảnh: Shutterstock

Giải pháp thay thế chip truyền thống

Khác với vi mạch điện tử, nơi thông tin được vận chuyển bằng electron (tín hiệu điện), chip quang tử sử dụng photon (tín hiệu ánh sáng) để truyền và xử lý dữ liệu. Cách tiếp cận này mang lại một số lợi thế đáng kể: tốc độ cao hơn, băng thông rộng hơn và hiệu suất năng lượng tốt hơn, bởi giảm thiểu tổn thất do điện trở và sinh nhiệt, những yếu tố phổ biến trong mạch điện.

Điện toán quang tử cũng đặc biệt phù hợp với các phép toán nhân ma trận, một thành phần cốt lõi trong các mô hình học máy và trí tuệ nhân tạo hiện đại. Nhờ đó, công nghệ này được kỳ vọng sẽ trở thành nền tảng cho thế hệ phần cứng AI kế tiếp.

Tuy nhiên, tiềm năng đi kèm với nhiều thách thức. Phần lớn các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào chip quang tử ở quy mô nguyên mẫu nhỏ, và việc tích hợp chúng với hệ thống điện tử hiện hữu vốn đang thống trị thị trường, không hề dễ dàng.

Một trong những khó khăn lớn nhất là vấn đề tích hợp tín hiệu quang và tín hiệu điện. Việc chuyển đổi giữa photon và electron thường làm chậm tốc độ xử lý chung, làm giảm hiệu quả tổng thể. Thêm vào đó, chip quang tử thường hoạt động theo cơ chế tương tự analog thay vì kỹ thuật số, dẫn đến nguy cơ giảm độ chính xác trong một số phép toán phức tạp.

Việc mở rộng quy mô sản xuất cũng là một rào cản đáng kể. Hiện tại, việc chế tạo mạch quang tử lớn với độ chính xác cao vẫn còn nhiều hạn chế về công nghệ và vật liệu. Ngoài ra, máy tính quang tử sẽ cần phần mềm và thuật toán riêng biệt, tạo thêm gánh nặng trong việc đồng bộ hóa với hạ tầng kỹ thuật số hiện nay.

Đột phá đáng chú ý

Hai bài nghiên cứu mới công bố trên Nature đã tiếp cận trực tiếp những thách thức trên và đề xuất các giải pháp cụ thể. Trong nghiên cứu đầu tiên, nhóm của Bo Peng tại Công ty Lightelligence (Singapore) đã giới thiệu bộ xử lý Photonic Arithmetic Computing Engine (Pace). Đây là một thiết bị xử lý quang tử quy mô lớn với hơn 16.000 thành phần quang học tích hợp. Bộ xử lý này có độ trễ thấp, cho phép thực hiện các tác vụ tính toán phức tạp với tốc độ cao.

Quan trọng hơn, Pace cho thấy khả năng kết hợp hiệu quả phần cứng quang tử và điện tử, đồng thời đạt được độ chính xác đủ để áp dụng trong thực tế. Đây là bước tiến lớn hướng đến khả năng thương mại hóa chip quang tử cho các ứng dụng AI, dù tốc độ xử lý vẫn còn hạn chế ở một số cấu hình.

Nghiên cứu thứ hai đến từ nhóm của Nicholas Harris tại Công ty Lightmatter (California, Mỹ). Nhóm đã phát triển một bộ xử lý quang tử có thể vận hành hai hệ thống AI với độ chính xác tương đương các bộ xử lý điện tử truyền thống. Các bài kiểm tra cho thấy bộ xử lý quang tử có thể tạo văn bản theo phong cách Shakespeare, phân loại bài đánh giá phim và chơi trò chơi Atari như Pac-Man với hiệu quả cao.

Hệ thống này cũng có tiềm năng mở rộng quy mô, dù vẫn tồn tại các giới hạn kỹ thuật về vật liệu và tốc độ xử lý trong một số điều kiện.

Tương lai của chip quang tử trong hệ sinh thái AI

Dù chưa thể thay thế hoàn toàn chip điện tử trong tương lai gần, cả hai nghiên cứu đều củng cố triển vọng rằng chip quang tử sẽ đóng vai trò quan trọng trong phần cứng AI thế hệ mới.

Với khả năng tính toán hiệu quả và tiềm năng tiết kiệm năng lượng, chip quang tử có thể trở thành giải pháp lý tưởng cho các trung tâm dữ liệu AI, nơi nhu cầu tính toán khổng lồ đang gia tăng từng ngày.

Các chuyên gia cũng nhận định, để công nghệ này đạt đến quy mô ứng dụng thương mại, cần có thêm nhiều cải tiến về vật liệu quang tử, kiến trúc mạch, phần mềm tương thích và quy trình sản xuất. Dù vậy, hai nghiên cứu trên đã cung cấp một nền tảng quan trọng để tiếp tục phát triển và tích hợp chip quang tử vào thực tế.

Trong bối cảnh hiệu suất chip điện tử ngày càng tiệm cận giới hạn vật lý, điện toán quang tử không chỉ là giải pháp thay thế tiềm năng mà còn có thể trở thành nền tảng chủ đạo cho kỷ nguyên AI hiệu suất cao, với khả năng xử lý dữ liệu nhanh hơn, chính xác hơn và tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể.

Với đà phát triển hiện tại, chip quang tử có thể sẽ sớm rời khỏi phòng thí nghiệm để bước vào các trung tâm dữ liệu, hệ thống học sâu và các thiết bị AI tiên tiến trong tương lai không xa.

Hoàng Vũ

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/dot-pha-trong-cong-nghe-chip-quang-tu-mo-ra-tuong-lai-cho-ai-hieu-suat-cao-232501.html