人工知能が必要とする膨大な量の情報の移動に役立つ可能性のある新しいテクノロジーの中心には矛盾があります。データをより速く送信するために、科学者チームは光をよりゆっくりと移動させる方法に目を向けました。彼 秘密は光子を加速することではなく、微細構造内での光子の挙動を変えることです 彼らが運ぶ情報をより適切に制御するため。
この装置は日本のいくつかの機関の科学者によって開発され、以下で説明されています。 ネイチャーコミュニケーションズは、長さわずか 320 マイクロメートルのシリコン光変調器です。つまり、その大きさは 10 分の 3 ミリメートル強です。そのサイズにもかかわらず、 毎秒最大 200 ギガビットを送信できることが証明されています、大容量光通信の新たな可能性を示す速度です。
なぜそれが重要なのかを理解するには、まずデータセンターに注目するのが最善です。インターネット検索から人工知能システムへのクエリまで、あらゆるものを処理するこれらの巨大なコンピューター複合体は、ますます大量の情報を交換する必要があります。チップが互いに近づくと、電気接続を使用して通信できます。しかし、 距離と速度が増加すると、電気信号の品質が低下し、熱が発生します。。一方、光を使用すると、光ファイバーを介して情報を長距離にわたって低損失で伝送できます。
問題は、デジタル情報が魔法のように光ファイバーを介して伝送されるわけではないことです。まず、電気信号を光パルスに変換し、その光を変更してデータをエンコードする必要があります。光変調器と呼ばれるコンポーネントがこのタスクを処理します。 電子世界と光子の世界の間の一種の翻訳者。速度の向上と必要なエネルギーの削減は、将来のデジタル インフラストラクチャの課題の 1 つとなっています。
日本の提案は、フォトニック結晶を形成する小さな穴が開けられたシリコン構造に基づいています。それらの配置により光の伝播が変化し、デバイス内の光の群速度が低下する可能性があります。として知られるこの現象 「スローライト」は、光信号と素材の間の相互作用を延長し、より効率的に変調できるようにします。
ただし、光の動きを遅くするだけでは十分ではありません。このタイプの変調器は限界に直面していました。電気抵抗により、高周波での動作が困難でした。この障害を克服するために、科学者らは統合された電気光学イコライザーを組み込みました。これは、高周波数での応答の損失を補償し、速度をそれほど犠牲にすることなくスローライトの利点を維持できる構造です。
結果は、 このデバイスは、単純なエンコード形式で 140 ギガビット/秒に達し、1 ビットあたり 26 フェムトジュールのエネルギー消費を実現します。 フェムトジュールは、ジュールの 10 億分の 1 という非常に小さなエネルギー量です。川原啓介氏率いる著者らは、2 つの信号レベルではなく 4 つの信号レベルを使用して情報をエンコードする技術である PAM-4 を使用して、デジタル信号処理なしで 180 ギガビット/秒に到達しました。比較的単純な電子イコライゼーションを追加すると、200 に達しました。
しかし、この数字は実際には何を意味するのでしょうか?ここに、気づかれないことが多い違いがあります。あ 少し それは情報の最小単位です。ある バイト 8ビットに相当します。したがって、200 ギガビット/秒は 200 ギガバイト/秒ではなく、理論上は 25 ギガバイト/秒に相当します。 この速度では 1 分間に約 1.5 テラバイトのデータを転送できることになります。 これは膨大な容量ですが、インターネットに接続されたコンピュータのダウンロード速度と混同しないでください。これは、実験条件下で変調器によって実証された伝送速度であり、完全な接続で保証される速度ではありません。
著者らによると、新しい設計により、同等の従来技術と比較して、デバイスの長さが約10倍に短縮され、変調効率が約100倍向上します。また、 CMOSテクノロジーと互換性のあるプロセスを使用して製造されています、チップの製造に広く使用されており、工業規模での製造が容易になる可能性があります。
したがって、この発見の関連性は、明日インターネットの速度が 100 倍になるということではありません。これはより具体的なもので、既知の物理現象と独創的な設計を組み合わせて、より小さく、より効率的なコンポーネントを構築できることを示しています。 人工知能を促進する競争において、未来はより強力なプロセッサーだけに依存するわけではありません。 また、より少ないエネルギーでデータを移動する方法を見つける必要もあります。そして場合によっては、情報をより速く伝えるために、光を止める方法を学ぶことから始めなければなりません。
