Po desetiletí se výpočetní technika rozvíjela podle Mooreova zákona, který předpokládal pravidelné zdvojnásobování výkonu díky zmenšování tranzistorů na čipech. Tento model ale naráží na své fyzikální limity – přibývání tranzistorů zvyšuje tepelné vyzařování a energetické nároky, což brzdí další pokroky. V éře, kdy umělá inteligence a strojové učení vyžadují ohromné výpočetní kapacity, se hledají nové přístupy, které dokážou tyto výzvy překonat.

Jedním z nejslibnějších řešení je fotonika, technologie využívající světlo místo elektrického proudu. Fotonika má potenciál zásadně změnit způsob zpracování dat díky nižší energetické náročnosti, vyšším rychlostem a minimální latenci.

Paměť budoucnosti: Výpočetní výkon na bázi světla

Základem revoluční technologie je tzv. výpočetní paměť přímo v čipu, kde světlo hraje klíčovou roli. Pomocí světelných signálů je možné provádět operace téměř okamžitě. Ačkoli dřívější pokusy o vytvoření fotonických pamětí narážely na problémy, jako byla nízká rychlost přepínání a omezená možnost přeprogramování, nový objev přináší zásadní průlom.

Zdroj: Shutterstock

Mezinárodní tým vědců pod vedením Paola Pintuse vyvinul fotonickou platformu, která eliminuje dosavadní překážky. Klíčovou roli hraje materiál cerium-substituovaný yttrium-železný granát (Ce:YIG). Tento magneto-optický materiál mění své optické vlastnosti v reakci na magnetická pole. Malé magnety zde slouží k ukládání dat a řízení šíření světla, což umožňuje provádět složité výpočetní operace mnohem rychleji a efektivněji.

Výhody nové technologie

1. Extrémní rychlost: Přepínací rychlosti fotonických pamětí dosahují hodnot stokrát vyšších než současné špičkové technologie.
2. Nízká spotřeba: Nová technologie spotřebovává pouze desetinu energie oproti stávajícím elektronickým pamětem.
3. Dlouhá životnost: Magneto-optické paměti vydrží více než 2,3 miliardy přepisovacích cyklů, což znamená prakticky neomezenou životnost.

Tato technologie navíc umožňuje programovatelnost – paměti lze nastavovat pro různé výpočetní úlohy, jako je například matice-vektorová násobení, což je základní operace používaná v neuronových sítích.

Dopad na budoucnost výpočetní techniky

„Magneto-optické materiály umožňují kontrolovat šíření světla pomocí externích magnetických polí,“ vysvětluje Pintus. „Díky této technologii můžeme provádět složité výpočty s minimální energetickou ztrátou a vysokou přesností.“

Tento průlom by mohl znamenat začátek nové éry optických počítačů, které nabídnou výkon a efektivitu nezbytnou pro budoucí aplikace – od umělé inteligence přes strojové učení až po analýzu obrovských datových sad.