คอมพิวเตอร์ที่ใช้แสงของวิศวกรคนนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากสมอง

Bhavin Shastri ยังคงตื่นเต้นเมื่อเขาเห็นตัวชี้เลเซอร์และเขารู้สึกทึ่งกับพวกเขาตั้งแต่เขาอายุประมาณ 10 ปี “ ฉันประหลาดใจที่ลำแสงแสงสามารถรักษาความสว่างได้โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่จุดเล็ก ๆ แม้หลังจากเดินทางไกลมาก” Shastri กล่าว “ ตัวชี้เลเซอร์ในมือของฉันรู้สึกเหมือนกระบี่แสงจากสตาร์วอร์ส-

ตอนนี้เป็นนักฟิสิกส์และวิศวกรที่ Queen's University ใน Kingston, Canada, Shastri ต้องการสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีพื้นฐานหรือโทนิค และเขาต้องการให้พวกเขาเลียนแบบสมองมนุษย์

คอมพิวเตอร์มาตรฐานพึ่งพาไฟฟ้าโดยใช้สายไฟเพื่อส่งข้อมูลผ่านกระแสไฟฟ้า คอมพิวเตอร์โทนิคแทนที่จะพึ่งพาแสงในรูปแบบของคานเลเซอร์ ตัวกรองไปตามทางเปลี่ยนความเข้มของแสงเพื่อทำการคำนวณ

แม้ว่านักวิจัยจะใช้แสงในการส่งข้อมูลจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลในห้องปฏิบัติการ แต่การคำนวณโฟโตนิกยังคงอยู่ในช่วงเริ่มต้น Shastri ได้ออกเดินทางเพื่อผลักดันขอบเขตเหล่านั้น ชิปคอมพิวเตอร์โทนิคของเขาบรรจุเข้าด้วยกันและเชื่อมต่อส่วนประกอบโทนิคที่ทำตัวเหมือนเซลล์ประสาทของสมองสร้างเครือข่ายประสาททางกายภาพบนชิป “ ฟิสิกส์เลียนแบบชีววิทยา” Shastri กล่าว

ชิปประเภทนี้มีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับแอปพลิเคชันบางอย่างและอาจเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับ AI

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เป็นสมอง

ความสนใจของ Shastri ในแสงเริ่มต้นขึ้น เขาจำได้ว่ามีการทดลองว่าเขาเห็นว่าเป็นเด็ก: ขวดน้ำพลาสติกถูกเจาะใกล้กับฐานของมันซึ่งมีน้ำไหลออกมาอย่างต่อเนื่องไหลออกมาและลงภายใต้แรงโน้มถ่วง เลเซอร์ส่องผ่านรูในขวดและเพื่อความประหลาดใจของ Shastri มันไม่ได้ดำเนินต่อไปบนเส้นทางแนวนอน แต่ลำแสงงอลงด้วยลำธารของน้ำ “ ฉันรู้สึกปลื้มกับการทดลองนี้อย่างสมบูรณ์” เขากล่าว

ตั้งแต่นั้นมา Shastri ได้คิดว่าจะสามารถจัดการแสงได้อย่างไรในขณะเดียวกันก็สำรวจความสนใจด้านการวิจัยอื่น ๆ ในวิทยาลัยเขาทำงานกับอาจารย์ที่ค้นคว้าการเรียนรู้ของเครื่องจักรและปัญญาประดิษฐ์ซึ่งจุดประกายความหลงใหลใหม่ ต่อมาในฐานะ postdoc ที่ Princeton University, Shastri ได้พบกับนักฟิสิกส์ออพติคอล Paul Prucnal ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นที่ปรึกษาของ Shastri

Prucnal บอกกับ Shastri เกี่ยวกับการวิจัยของเขาในการสร้าง“ เลเซอร์ที่ทำงานเหมือนเซลล์ประสาทชีวภาพ” Shastri กล่าวและวิธีที่ทีมกำลังมองหาการใช้เลเซอร์ดังกล่าวเพื่อคำนวณด้วยแสง ความคิดนั้นดึงดูดความสนใจของ Shastri

Shastri เป็น“ คนแรกที่เชื่อมต่อจุด” Prucnal กล่าวเมื่อเขาตระหนักว่าโฟโตนิกสามารถผลักดันข้อ จำกัด ที่ร้ายแรงของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

คอมพิวเตอร์มาตรฐาน“ ถึงขีด จำกัด พื้นฐานของพวกเขา” Shastri กล่าว เมื่อคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยส่วนใหญ่คำนวณพวกเขาไม่สามารถเข้าถึงหน่วยความจำจำนวนมากพร้อมกันและเมื่อพวกเขาดึงข้อมูลจากหน่วยความจำพวกเขาไม่สามารถคำนวณได้ สิ่งนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ช้าและไม่เป็นไปได้สำหรับ AI การประมวลผลภาพและการคำนวณอื่น ๆ ที่มีความต้องการการประมวลผลสูง การฝึกอบรมและการดำเนินการอัลกอริทึม AI ของวันนี้ใช้พลังงานจำนวนมหาศาล - รวมกันคาดการณ์ว่าจะมีความต้องการเกี่ยวกับมากเท่ากับการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดของญี่ปุ่นภายในปี 2569 คอมพิวเตอร์ที่มีสถาปัตยกรรมที่เลียนแบบสมองหรือคอมพิวเตอร์ neuromorphic สัญญาว่าจะเร็วขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง

“ เราต้องการสร้างเครื่องจักรที่จะประหยัดพลังงานมากขึ้นและเร็วกว่าคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นมาก” Shastri กล่าว

แต่การยัดเยียดสายไฟเพียงพอบนชิปเพื่อสร้างเว็บการเชื่อมต่อที่เหมือนสมองเพื่อใช้ในคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่เรื่องง่าย กระแสไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงจะออกแรงแรงแม่เหล็กที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งกันและกันทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและไม่ได้ผล อย่างไรก็ตามแสงมักจะไม่โต้ตอบกับแสงอื่น ๆ ดังนั้นคานแสงนับไม่ถ้วนที่มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสามารถผ่านไปตามเส้นทางเดียวกันพร้อมกันโดยไม่มีปัญหาใด ๆ

Prucnal ตั้งข้อสังเกตว่า Shastri เป็นคนแรกที่สร้างคอมพิวเตอร์โทนิค neuromorphic บนชิปได้สำเร็จ “ Bhavin เป็นผู้บุกเบิกวิธีคิด” เขากล่าว

ศึกษาแสง

“ นักทดลองฮาร์ดคอร์ที่อธิบายตนเอง” Shastri ออกแบบวิศวกรสร้างและทำการทดลองบนอุปกรณ์โทนิคขนาดชิป ทีมของเขาเริ่มต้นด้วยการศึกษาอุปกรณ์ที่เรียบง่ายคล้ายกับเซลล์ประสาทเดียววิเคราะห์ว่าพวกเขาสามารถเลียนแบบการทำงานของเซลล์ประสาทชีวภาพได้อย่างไร หลายปีต่อมาในงานที่ยังไม่ได้ตีพิมพ์นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าชิปที่มีส่วนประกอบที่มีเซลล์ประสาท 100,000 สามารถดำเนินการ 120 พันล้านต่อวินาที Shastri กล่าวว่าเร็วกว่าคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เฉลี่ยประมาณ 40 เท่า

Daniel Brunner นักวิจัยการเรียนรู้ของเครื่องจักรและคอมพิวเตอร์ที่สถาบัน FEMTO-St ในฝรั่งเศสที่ได้พบกับ Shastri เมื่อพวกเขาเป็นทั้งคู่ postdocs ชื่นชมงานที่ก้าวล้ำของ Shastri “ ฉันไม่สามารถนับสิ่งพิมพ์ที่เขาวางรากฐานได้” สำหรับการใช้โฟตอนเพื่อสร้างเครือข่ายประสาททางกายภาพ Brunner กล่าว

และความฉลาดของ Shastri นั้นเกินกว่า "พลังงานที่เหลือเชื่อ" และ "ความสามารถที่เหลือเชื่อ" Prucnal กล่าวว่า: Shastri สามารถนำผู้คนมารวมกันได้ “ มันไม่ได้เป็นเพียงแค่ความเป็นที่ชื่นชอบ แต่มันมีวิสัยทัศน์สำหรับวิธีการ [รวมกัน] สาขาต่าง ๆ เหล่านี้” เขากล่าวเสริม

ถึงกระนั้นอย่าคาดหวังว่าคอมพิวเตอร์ neuromorphic โทนิคในบ้านของคุณจะเร็ว ๆ นี้ คอมพิวเตอร์เหล่านี้เหมาะสำหรับการวิจัยหรือแอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมเฉพาะ นอกเหนือจาก AI แล้ว Shastri และเพื่อนร่วมงานของเขายังทำงานเกี่ยวกับแอพพลิเคชั่นที่มีปัญหามานานในการเพิ่มประสิทธิภาพสัญญาณวิทยุและการประมวลผลภาพ

Shastri อาจถูกตั้งค่าในการเปลี่ยนคอมพิวเตอร์ แต่งานของเขาได้รับแรงบันดาลใจจากความหลงใหลในแสงและคุณสมบัติของมัน “ ฉันโชคดีมากที่ได้ทำอะไรบางอย่าง” เขากล่าวว่า“ เป็นความฝันในวัยเด็กของฉันเสมอ”