Trung Quốc phát triển chip AI nhỏ như hạt muối: Xử lý dữ liệu ở tốc độ ánh sáng, hoàn tất trong phần nghìn tỷ giây, gần như không tốn điện

Các sợi cáp quang có thể truyền dữ liệu với tốc độ ánh sáng, nhưng việc giải mã và xử lý thông tin vẫn đang phụ thuộc vào các hệ thống máy tính tiêu tốn nhiều năng lượng. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Thượng Hải (USST), Trung Quốc, đang phát triển một giải pháp đột phá: một con chip AI có kích thước nhỏ hơn hạt muối, hoạt động hoàn toàn dựa trên nguyên lý quang học để xử lý dữ liệu gần như tức thời, với mức tiêu thụ năng lượng cực thấp.

Đột phá từ công nghệ mạng thần kinh quang học

Nghiên cứu mới, được công bố trên Nature Photonics, kế thừa từ một phương pháp mang tên mạng thần kinh sâu nhiễu xạ toàn quang (all-optical diffractive deep neural network), lần đầu tiên được giới thiệu bởi Đại học California, Los Angeles (UCLA) vào năm 2018. Công nghệ này sử dụng các lớp vật liệu ba chiều được thiết kế chính xác để điều hướng và xử lý photon ánh sáng, thay vì dùng các mạch điện tử truyền thống.

Nhóm nghiên cứu tại USST đã cải tiến phương pháp này để tạo ra một mạng thần kinh thụ động, được huấn luyện trước, có khả năng thao tác với ánh sáng để thực hiện các phép tính phức tạp. Điểm đặc biệt là tất cả các dữ liệu truyền qua sợi quang có đường kính chỉ bằng một sợi tóc, nên con chip AI này cũng phải có kích thước tương đương để có thể tiếp nhận và xử lý từng photon ánh sáng.

Chế tạo chip AI siêu nhỏ bằng công nghệ nano

Để tạo ra con chip này, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ quang khắc hai photon ba chiều, một phương pháp chế tạo ở quy mô nano giúp xây dựng các lớp polymer siêu mỏng. Con chip sau đó được gắn vào đầu sợi quang, nơi nó thực hiện quá trình xử lý dữ liệu ngay khi ánh sáng truyền qua.

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã mã hóa hình ảnh số vào các photon ánh sáng, sau đó gửi chúng qua sợi quang. Khi đến đầu kia, con chip AI này đã tái tạo lại hình ảnh một cách chính xác, với độ nhiễu cực kỳ thấp. Điều đáng chú ý là nó hoàn thành quá trình này trong khoảng thời gian chỉ tính bằng phần nghìn tỷ giây, trong khi tiêu thụ chỉ một phần nhỏ năng lượng so với các công nghệ nhận diện hình ảnh AI hiện nay.

Dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, các nhà khoa học tin rằng nó có thể mang lại những khả năng chưa từng có trong nhiều lĩnh vực. Những con chip AI siêu nhỏ này có thể cách mạng hóa ngành y tế với công nghệ nội soi, giúp thu thập và xử lý hình ảnh trong thời gian thực với mức tiêu thụ điện năng gần như bằng không. Xa hơn nữa, chúng có thể đóng vai trò quan trọng trong máy tính lượng tử, nơi mà tốc độ xử lý và tối ưu hóa năng lượng là yếu tố sống còn.

Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn một số rào cản. Bất kỳ sai sót nhỏ nào trong quá trình chế tạo cũng có thể làm suy giảm hiệu suất của toàn hệ thống, và mỗi con chip hiện nay cần được tùy chỉnh riêng cho từng nhiệm vụ cụ thể. Dù vậy, đây vẫn là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực tính toán quang học, mở ra viễn cảnh về những hệ thống AI nhanh hơn, nhỏ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn bao giờ hết.