في تطور رائد قد يعيد تشكيل مشهد الذكاء الاصطناعي، كشف باحثون صينيون عن شريحة LightGen، وهي أعجوبة في الحوسبة الضوئية البحتة تُسخر قوة الضوء لتتفوق على المعالجات الإلكترونية التقليدية.
طُورت هذه الشريحة المبتكرة من قبل فريق تعاوني من جامعة شنغهاي جياو تونغ (Shanghai Jiao Tong University) وجامعة تسينغ - هوا (Tsinghua University)، وتَعِد بتسريع مهام الذكاء الاصطناعي التوليدي مع تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير. ويمثل هذا قفزة هائلة إلى الأمام في تكنولوجيا الحوسبة الضوئية.
التحول النموذجي: من الإلكترونات إلى الفوتونات
في جوهرها، تمثل شريحة LightGen خروجاً جذرياً عن الحوسبة التقليدية التي تعتمد على تدفق الإلكترونات عبر الترانزستورات لمعالجة البيانات. بدلاً من ذلك، تستخدم LightGen الفوتونات - وهي جسيمات الضوء - لإجراء العمليات الحسابية.
يستفيد هذا النهج الضوئي من المزايا المتأصلة للضوء:
السرعة: تنتقل الفوتونات بسرعة الضوء، مما يتيح سرعة معالجة لا تُضاهى.
الكفاءة الحرارية: يولد الضوء حرارة ضئيلة جداً مقارنة بالمقاومة الكهربائية.
التوازي (Parallelism): يسمح الضوء بالتوازي الهائل (معالجة مهام متعددة في آن واحد) من خلال ظواهر مثل التداخل الضوئي.
نظراً لأن الفوتونات تتحرك دون مقاومة وفقدان للطاقة كما هو الحال مع الإشارات الإلكترونية، فإن العمليات لا تكون أسرع فحسب، بل أكثر كفاءة بشكل ملحوظ.
مقاييس أداء غير مسبوقة
تعتبر إحصائيات أداء شريحة LightGen مذهلة عند مقارنتها بالأجهزة التقليدية.
سرعة الحوسبة: ما يقرب من 35,700 تريليون عملية في الثانية.
كفاءة الطاقة: 664 تريليون عملية في الثانية لكل واط.
تتفوق هذه الأرقام بشكل كبير على تلك الخاصة بوحدات المعالجة الرسومية (GPUs) الإلكترونية الرائدة، مثل شريحة Nvidia A100، وتحديداً في أعباء عمل الذكاء الاصطناعي التوليدي.
البنية المعمارية: "الدماغ الضوئي"
صُممت بنية الشريحة لتقليد الهيكل المترابط للدماغ البشري، لكنها تعمل بسرعة الضوء.
الحجم: تدمج أكثر من مليوني "عصبون" ضوئي في شريحة واحدة مدمجة.
معالجة ضوئية بالكامل: على عكس الأنظمة الهجينة التي تمزج بين المكونات الضوئية والإلكترونية، فإن LightGen هي شريحة ضوئية بالكامل. فهي تتعامل مع المهام بدءاً من معالجة المدخلات والفهم الدلالي وصولاً إلى توليد المخرجات بالكامل داخل النطاق الضوئي.
القضاء على الاختناقات: من خلال تجنب التحويل بين الإشارات الضوئية والكهربائية، تقضي الشريحة على زمن الانتقال (latency) الكبير وهدر الطاقة.
التغلب على العقبات التقنية
أحد الابتكارات الرئيسية وراء LightGen هو قدرتها على التغلب على ثلاث عقبات تقنية رئيسية كانت موجودة سابقاً في الحوسبة الضوئية:
الدمج الهائل: نجح الفريق في رفع مستوى دمج العصبونات الضوئية إلى الملايين على شريحة واحدة باستخدام تقنيات تصنيع متقدمة.
التحويل البُعدي: طور الفريق طرقاً للتحويل البُعدي الضوئي بالكامل، مما يسمح للشريحة بمعالجة البيانات عبر أبعاد متعددة دون تدخل إلكتروني.
خوارزميات تدريب جديدة: أنشأ الباحثون خوارزمية تدريب جديدة للنماذج التوليدية الضوئية لا تعتمد على بيانات "الحقيقة الأرضية" (ground truth) التقليدية، مما يتيح عمليات تعلم أكثر مرونة وكفاءة.
التطبيقات العملية والأثر
من الناحية العملية، تتفوق LightGen في تطبيقات الذكاء الاصطناعي التوليدي. وقد أظهرت الاختبارات قدرتها على إنشاء صور عالية الدقة، وتوليف مشاهد ثلاثية الأبعاد، وإنتاج مقاطع فيديو (بما في ذلك مهام مثل إزالة الضوضاء ونقل الأسلوب الفني) بسرعة تزيد عن 100 ضعف وبكفاءة طاقة أعلى من الأجهزة الإلكترونية الرائدة في السوق.
لماذا يهم هذا: مع اقتراب الرقائق التقليدية القائمة على السيليكون من حدودها الفيزيائية — وهو ما يوصف غالباً بأنه اقتراب من نهاية "قانون مور" — تقدم البدائل الضوئية مثل LightGen مساراً واعداً للمضي قدماً. ويعد هذا أمراً بالغ الأهمية بشكل خاص لمراكز البيانات وسيناريوهات حوسبة الحافة (edge computing) حيث تعتبر مخرجات الحرارة ومتطلبات الطاقة قيوداً حرجة.
القيود والنظرة المستقبلية
يسلط هذا البحث، الذي نُشر في مجلة Science المرموقة بقيادة البروفيسور تشن ييتونغ (Chen Yitong)، الضوء على كيف يمكن للتكنولوجيا الضوئية معالجة التحديات الهائلة لعصر الذكاء الاصطناعي التوليدي.
ومع ذلك، فإن التكنولوجيا لا تخلو من القيود:
التخصص: تم تحسين الشريحة حالياً للمهام التوليدية في مجالات محددة وقد لا تضاهي بعد تنوع وحدات المعالجة الرسومية (GPUs) للأغراض العامة في نطاق أوسع من أعباء العمل.
التصنيع: سيشكل توسيع نطاق الإنتاج ودمج هذه التكنولوجيا الجديدة في الأنظمة الرقمية الحالية تحديات لوجستية.
ومع ذلك، يؤكد هذا الإنجاز على براعة الصين المتنامية في أبحاث أشباه الموصلات المتقدمة. وبينما يراقب العالم، قد تبشر LightGen بعهد جديد حيث يغذي الضوء، وليس الكهرباء، مستقبل الحوسبة.
 |  |  |
 |  |  |