L’informatica si illumina: chip fotonici rivoluzionano il futuro del calcolo

In un momento in cui l’evoluzione dei chip tradizionali sembra aver raggiunto un punto di stallo, due aziende tecnologiche, Lightelligence e Lightmatter, hanno presentato una svolta epocale: componenti informatici che sfruttano la luce laser invece dell’elettricità per elaborare informazioni. Pubblicati il 9 aprile sulla rivista Nature, questi annunci segnano l’alba di un’informatica fotonica capace di superare in velocità ed efficienza i processori elettronici convenzionali, aprendo nuove prospettive per settori come l’intelligenza artificiale, la finanza e la logistica.

“Questi chip basati sulla luce possono fare ciò che ci interessa, e lo fanno meglio dei processori elettronici tradizionali”, spiega Anthony Rizzo, ingegnere fotonico del Dartmouth College, non coinvolto negli studi.

Da decenni, la Legge di Moore – il raddoppio del numero di transistor sui chip ogni due anni circa – ha guidato il progresso dell’informatica. Ma oggi, i limiti fisici del silicio stanno rallentando questa corsa. “I computer basati su chip elettronici tradizionali non miglioreranno più”, afferma Nick Harris, fondatore e CEO di Lightmatter. Nel frattempo, la domanda di potenza di calcolo, spinta dall’intelligenza artificiale, cresce a ritmi vertiginosi.

Qui entra in gioco l’informatica fotonica. A differenza dei processori elettronici, che si affidano al movimento degli elettroni, i chip fotonici usano fotoni – particelle di luce – per trasportare ed elaborare dati. Questo approccio offre vantaggi straordinari: maggiore velocità, larghezza di banda superiore ed efficienza energetica, poiché la luce non incontra resistenza elettrica né produce calore indesiderato.

Lightelligence ha sviluppato PACE (Photonic Arithmetic Computing Engine), un dispositivo con oltre 16.000 componenti fotonici, progettato per risolvere complessi problemi di ottimizzazione. Da algoritmi per la finanza a soluzioni per la logistica e la produzione, PACE dimostra un’efficienza senza precedenti rispetto ai chip tradizionali.

Lightmatter, invece, ha creato un processore ibrido che integra quattro chip fotonici e due elettronici. Questa soluzione non solo supporta applicazioni di intelligenza artificiale, ma ha anche gestito con successo classici videogiochi Atari, come Pac-Man. “Nessun’altra tecnologia alternativa aveva mai raggiunto questo livello”, sottolinea Harris.

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I chip fotonici del passato si scontravano con ostacoli significativi, come la difficoltà di integrazione nei sistemi esistenti e la scarsa scalabilità produttiva. Un problema chiave era la precisione: i segnali luminosi analogici, a differenza dei bit digitali (1 e 0), sono più suscettibili agli errori. Lightmatter ha affrontato questa sfida sovrapponendo chip elettronici a quelli fotonici, creando un sistema che controlla il flusso di dati e minimizza le imprecisioni.

Un altro punto di forza? Entrambe le soluzioni possono essere prodotte con le attuali tecnologie di fabbricazione dei chip. “Questi dispositivi potrebbero essere implementati in sistemi reali molto presto”, prevede Rizzo, ipotizzando un’adozione nei data center entro cinque anni.

Parallelamente, i ricercatori della Cornell University, guidati da Ryotatsu Yanagimoto, hanno compiuto un passo avanti altrettanto sorprendente. Il loro chip fotonico programmabile può essere riconfigurato in tempo reale utilizzando schemi di luce. In una dimostrazione, il team ha scritto la parola “Cornell” con luce di seconda armonica, mostrando una flessibilità mai vista prima.

“Il nostro lavoro rompe il paradigma ‘un dispositivo, una funzione’”, spiega Yanagimoto. Questa versatilità permette a un singolo chip di svolgere molteplici compiti, aprendo la strada a dispositivi fotonici altamente adattabili.

Le implicazioni di queste scoperte sono immense. Per l’intelligenza artificiale, i chip fotonici offrono la potenza necessaria a supportare modelli sempre più complessi. In settori come la finanza, la produzione e la logistica, possono rivoluzionare l’ottimizzazione delle risorse. Anche difesa e telecomunicazioni ne beneficeranno, grazie a miglioramenti in crittografia, elaborazione del segnale e trasmissione dati.

“Questo non è un prototipo da laboratorio”, sottolinea Harris. “È un nuovo tipo di computer, ed è già qui.”

Mentre l’informatica tradizionale si avvicina ai suoi limiti fisici, l’informatica fotonica si candida a diventare il prossimo paradigma. Il chip di Cornell, pur con prestazioni ancora modeste, potrebbe migliorare di “dieci o cento volte” con ulteriori ottimizzazioni, secondo i ricercatori.

In un’epoca in cui le esigenze di calcolo dell’IA e di altre tecnologie all’avanguardia stanno esplodendo, queste innovazioni arrivano al momento giusto. Con soluzioni pratiche e scalabili che superano le prestazioni dei chip elettronici, il futuro dell’informatica sembra destinato a brillare – letteralmente.

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