"Le stelle sono buchi nel cielo da cui filtra la luce dell’infinito." Confucio

A cura di Luca Piccirillo
Indice

Introduzione
Le piattaforme ottiche per l’Intelligenza Artificiale: cosa sono
Il lato commerciale della Fotonica
Fotonica: ecco cosa può fare un acceleratore ottico
Quante e quali applicazioni può raggiungere la Fotonica?

Introduzione

Al giorno d’oggi, le tecniche di apprendimento automatico avanzano a grande velocità tra i nostri interessi e nel nostro tessuto sociale. Le possibili applicazioni per i sistemi di Intelligenza Artificiale fanno gola tanto ad esperti del settore quanto ad investitori pronti a scommettere su di loro.

La Fotonica è quella tecnologia che usa la luce per processare dati e informazioni. Si tratta di una grande alternativa alla classica microelettronica, particolarmente utile allo sviluppo di hardware specializzato in Intelligenza Artificiale. I vantaggi che offre la Fotonica non sono pochi e si aggirano intorno all’alta velocità di calcolo, al peso ridotto dei circuiti, al basso consumo di potenza e alla ridotta latenza.

Lo sviluppo di particolari hardware optoelettronici per scopi speciali ha già esplorato le aree tradizionalmente occupate dai circuiti integrati per applicazioni specifiche detti ASIC e non solo, fornendo capacità di calcolo molto più elevate della norma e dalla eccellente efficienza energetica.
Le piattaforme ottiche per l’Intelligenza Artificiale: cosa sono

Lo sviluppo dei nuovi paradigmi di calcolo richiede certamente un grande impegno, affinché si possa pervenire senza intoppi alla creazione di software altamente innovativi e hardware che sappiano integrarsi con essi migliorandone le prestazioni.

Come afferma il professor Lorenzo Pavesi, coordinatore del laboratorio di Nanoscienze e docente del Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento:

“Oggi, l’intelligenza artificiale si basa su un hardware, le GPU, il quale è stato sviluppato negli anni passati per migliorare le prestazioni dei videogiochi o dei programmi di grafica. Sono quindi circuiti microelettronici ad alto livello di integrazione che svolgono calcoli matriciali con alta velocità e un grado molto elevato di parallelismo. Tutto questo però a discapito di un consumo elevato di energia dovuto alla necessità di trasferire le enormi quantità di dati necessari all’apprendimento automatico dei sistemi artificiali”.

I circuiti ottici, ad esempio, possono eseguire operazioni di accumulo multiplo, acr. MAC, su larga scala, raggiungendo una velocità di elaborazione dei dati molto elevata, grazie alle lunghezze d’onda a banda ultralarga e al parallelismo intrinseco nei domini di spazio, tempo, fase e lunghezza d’onda, come apprendiamo su Nature.com in un articolo accademico dal titolo: “Calcolo del serbatoio scalabile su processore fotonico lineare coerente”. Il lato commerciale della Fotonica

In commercio, ormai da tempo, esistono diversi prodotti che testimoniano lo straordinario impatto della fusione tra Fotonica e Intelligenza Artificiale. In vendita, ad esempio, troviamo degli acceleratori ottici che sanno svolgere operazioni di moltiplicazione matriciale a velocità elevatissima e su matrici che hanno proporzioni ben più grandi delle loro controparti microelettroniche. Alcuni altisonanti nomi del mondo tech come IBM, Google e Facebook, stanno lavorando molto su queste tematiche, al punto da competere con vere e proprie start-up innovative come Lightelligence, Luminous Computing e LightOn: americane le prime due, europea quest’ultima.
Fotonica: ecco cosa può fare un acceleratore ottico

Affinché si possa capire quanto grande sia il mondo applicativo della Fotonica possiamo prendere un esempio su tutti: l’acceleratore ottico. Esso rappresenta la proiezione di un’immagine che raffigura un oggetto, attraverso uno strumento di diffusione associato ad un sensore ottico. Il risultato visivo che ne consegue da questa collaborazione tra proiettore e acceleratore ottico è una foto costituita da milioni di pixels.
La stessa diviene in tempo reale il prodotto della moltiplicazione tra l’immagine iniziale e la rielaborazione del diffusore ottico. In un solo secondo, con un consumo di potenza minimo, si esegue una complessa operazione matematica su milioni di elementi nello stesso momento: straordinario, non credete?
Quante e quali applicazioni può raggiungere la Fotonica?

Se ci chiedessimo: quanti e quali campi applicativi potrebbe raggiungere la Fotonica, potremmo rispondere d’istinto “Davvero tanti!”. Gli ambiti toccati da questo settore sono così variegati da comprenderne dei più svariati: processi di memorizzazione e apprendimento, analisi ed elaborazione di segnali complessi, predizione di sistemi dinamici, espansione della capacità di trasmissione, solo per dirne qualcuno.

Oggi trovano largo uso le fibre ottiche. I dati che viaggiano attraverso esse spesso perdono velocità per via del passaggio in apposite cd. Stazioni di rigenerazione, che hanno il compito di preservare l’integrità delle informazioni. Questi intervalli, strumentali al buon funzionamento del percorso, rendono non lineari le vie di trasmissione delle fibre, intaccando così la qualità delle informazioni in esse circolanti. I particolari stazionamenti in fibra ottica, peraltro, oltre ad essere molto costosi ritardano il traffico dati e consumano energia.

Il professor Pavesi, sul punto, afferma:

“Noi stiamo realizzando un sistema di intelligenza artificiale su piattaforma tutt’ottica che rigenera al volo i dati senza passare attraverso le stazioni di rigenerazione. Siamo alla fase della sperimentazione e se avrà successo, depositeremo un brevetto e procederemo alla sua industrializzazione”.

Questo spunto sembra essere oltremodo interessante, specie per il fatto di rappresentare un tipico esempio di attività di ricerca futura in grado di mostrare possibili sviluppi concreti e degni di lode.
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