Yichen Shen PhD ’16 es director ejecutivo de Lightelligence, un spinout del MIT que utiliza fotónica para reinventar la informática para la inteligencia artificial.
La potencia informática mejorada y un aumento exponencial de los datos han ayudado a impulsar el rápido aumento de la inteligencia artificial. Pero a medida que los sistemas de inteligencia artificial se vuelven más sofisticados, necesitarán aún más potencia computacional para satisfacer sus necesidades, que el hardware informático tradicional probablemente no podrá satisfacer. Para resolver el problema, Lightelligence, spinout del MIT, está desarrollando la próxima generación de hardware informático.
La solución Lightelligence hace uso de la plataforma de fabricación de silicio utilizada para los chips semiconductores tradicionales, pero de una manera novedosa. En lugar de construir chips que usan electricidad para realizar cálculos, Lightelligence desarrolla componentes alimentados por luz que son rápidos y de baja energía, y podrían ser simplemente el hardware que necesitamos para impulsar la revolución de la inteligencia artificial. En comparación con las arquitecturas tradicionales, los chips ópticos fabricados por Lightelligence ofrecen mejoras de órdenes de magnitud en términos de alta velocidad, baja latencia y bajo consumo de energía.
Luz que se propaga a través del chip
Para realizar operaciones aritméticas, los chips electrónicos necesitan combinar decenas, a veces cientos, de “puertas lógicas”. Para realizar este proceso, es necesario que los transistores de chip electrónico se apaguen y se enciendan durante varios períodos de tiempo. Cada vez que un transistor de puerta lógica conmuta, genera calor y consume energía.
No es así con los chips producidos por Lightelligence. En el dominio óptico, los cálculos aritméticos se realizan con física en lugar de con transistores de puerta lógica que requieren múltiples contabilizadores de tiempo: «relojes». Más «relojes» significa un tiempo más lento para obtener un resultado. «Controlamos con precisión cómo los fotones interactúan entre sí dentro del chip», dice Yichen Shen PhD ’16, cofundador y CEO de Lightelligence. “Es solo luz que se propaga a través del chip, fotones que interfieren entre sí. La naturaleza de la interferencia hace las matemáticas que queremos que haga «.
Este proceso de interferencia genera muy poco calor, lo que significa que los chips de computación óptica de Shen permiten un consumo de energía mucho menor que sus contrapartes alimentadas por electrones. Shen señala que hemos utilizado fibra óptica para comunicaciones de larga distancia durante décadas. «Piense en las fibras ópticas esparcidas por el fondo del Océano Pacífico y la luz que se propaga a través de miles de kilómetros sin perder mucha potencia. Lightelligence está llevando este concepto de comunicación a larga distancia a la computación en chip».
La óptica será la próxima plataforma informática
Shen cree que su solución impulsada por la óptica está preparada para abordar muchos de los desafíos computacionales del futuro. “Estamos cambiando la forma fundamental en que se hace la informática y creo que lo estamos haciendo en el momento adecuado de la historia”, dice Shen. «Creemos que la óptica será la próxima plataforma informática, al menos para operaciones lineales como la IA».
Para ser claros, Shen no prevé que la óptica reemplace a toda la industria de la computación electrónica. Más bien, Lightelligence tiene como objetivo acelerar ciertas operaciones de álgebra lineal para realizar tareas rápidas y energéticamente eficientes como las que se encuentran en las redes neuronales artificiales.
Gran parte de la computación de IA ocurre en la nube en centros de datos como los que admiten Amazon o Microsoft. Debido a que los algoritmos de IA son computacionalmente intensivos, la computación de IA ocupa un gran porcentaje de la capacidad del centro de datos. Imagínese decenas de miles de servidores, funcionando continuamente, quemando millones de dólares en electricidad. Ahora imagine reemplazar algunos de esos servidores convencionales con servidores Lightelligence que consumen mucha menos energía a una fracción del coste. «Nuestros chips ópticos reducirían en gran medida el coste de los centros de datos o, dicho de otra manera, aumentarían en gran medida la capacidad computacional de esos centros de datos para aplicaciones de inteligencia artificial», dice Shen.
¿Y los vehículos autónomos? Dependen de las cámaras y la computación de IA para tomar decisiones rápidas. Pero un chip electrónico digital convencional no “piensa” lo suficientemente rápido como para tomar las decisiones necesarias a altas velocidades. Imágenes computacionales más rápidas conducen a una toma de decisiones más rápida. “Nuestro chip completa estas tareas de toma de decisiones en una fracción del tiempo que los chips normales, lo que permitiría que el sistema de inteligencia artificial dentro del automóvil tomara decisiones mucho más rápidas y decisiones más precisas, lo que permitiría una conducción más segura”, dice Shen.
El equipo de Lightelligence
Lightelligence cuenta con un equipo fundador del MIT, respaldado por 100 expertos técnicos, incluidos pioneros del aprendizaje automático, investigadores fotónicos líderes y veteranos de la industria de semiconductores con la intención de revolucionar la tecnología informática. Shen hizo su trabajo de doctorado en el Departamento de Física con los profesores Marin Soljajic y John Joannoupolos, donde desarrolló un interés en la intersección de la fotónica y la IA. “Me di cuenta de que la computación es un habilitador clave de la inteligencia artificial moderna, y que se necesitaría un hardware de computación más rápido para complementar el crecimiento de algoritmos de IA más rápidos e inteligentes”, dice.
Lightelligence se fundó en 2017 cuando Shen se asoció con Soljajic y otros dos ex alumnos del MIT. El cofundador Huaiyu Meng SM ’14, PhD ’18 recibió su doctorado en ingeniería eléctrica y ahora se desempeña como director de tecnología de Lightelligence. Completando el equipo fundador está Spencer Powers MBA ’16. Powers, quien recibió su MBA de MIT Sloan School of Management, también es miembro de la junta de Lightelligence con amplia experiencia en el mundo de las startups.
Shen y su equipo no están solos en este nuevo campo de la computación óptica, pero tienen ventajas clave sobre sus competidores. En primer lugar, inventaron la tecnología en el Instituto. Lightelligence es también la primera empresa en haber construido un sistema completo de hardware de computación óptica, lo que logró en abril de 2019. Shen está seguro de sí mismo en el potencial de innovación de Lightelligence y lo que podría significar para el futuro, independientemente de la competencia. “Hay nuevas historias de equipos que trabajan en este espacio, pero no solo somos los primeros, somos los más rápidos en términos de ejecución. Estoy de acuerdo con es”, dice.
Pero hay otra razón por la que Shen no está preocupado por la competencia. Él compara esta etapa en la evolución de la tecnología con la época en que los transistores reemplazaban a los tubos de vacío. Varias empresas de transistores estaban dando el salto, pero no competían entre sí tanto como innovaban para competir con la industria predominante. “Tener más competidores haciendo computación óptica es bueno para nosotros en esta etapa”, dice Shen. «Genera una voz más fuerte, una comunidad más grande para expandir y mejorar todo el ecosistema de la computación óptica».
Para este año, Shen anticipa que Lightelligence habrá eliminado el 80-90 % de los desafíos técnicos necesarios para que la computación óptica sea un producto comercial viable. Mientras tanto, Lightelligence está aprovechando al máximo su estatus como el miembro más nuevo del acelerador MIT Startup Exchange, STEX25, construyendo relaciones profundas con clientes de primer nivel en varias aplicaciones de nicho donde existe una necesidad apremiante de hardware de alto rendimiento, como como centros de datos y fabricantes.
