Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Photonics, các nhà khoa học sử dụng photon thay vì electron để thực hiện các phép tính phức tạp trên một con chip. Họ cho biết công nghệ này có thể giải quyết những hạn chế của chip silicon truyền thống và cải thiện đáng kể tốc độ xử lý của máy tính, đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng của chúng. Từ đó, họ hy vọng có thể tích hợp công nghệ này vào card đồ họa trong tương lai để đào tạo các mô hình trí thông minh nhân tạo (AI) ngày càng nhanh và hiệu quả hơn.

Được biết, chip silicon hoạt động bằng cách sử dụng các bóng bán dẫn nhỏ, còn được gọi là các công tắc điện. Khi điện áp chạy qua, các công tắc này có thể được bật hoặc tắt. Tốc độ xử lý của máy tính nhanh hay chậm sẽ phụ thuộc vào số lượng các bóng bán dẫn trên chip. Tuy nhiên, mỗi bóng bán dẫn hoạt động đồng nghĩa với việc tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.

Trong suốt lịch sử của ngành công nghiệp máy tính, các con chip được chế tạo tuân thủ theo Định luật Moore. Theo đó, số lượng bóng bán dẫn trên một con chip sẽ tăng gấp đôi mỗi hai năm mà không làm tăng chi phí sản xuất hoặc năng lượng tiêu thụ. Tuy nhiên, vẫn tồn tại các rủi ro và thách thức về mặt vật lý khi tăng cường hiệu suất của chúng như là tốc độ tối đa, nhiệt độ và kích thước.

Để giải quyết vấn đề này, chip ánh sáng sẽ là lựa chọn tối ưu hơn so với điện áp. Khoa học cho thấy việc sử dụng các hạt photon ánh sáng sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn, đồng thời không phát ra nhiệt như các electron mang điện tích.

Trong quá trình thiết kế chip ánh sáng, các nhà khoa học đặt mục tiêu xây dựng một nền tảng sử dụng ánh sáng có khả năng thực hiện các phép tính gọi là phép nhân ma trận-vectơ. Đây là một trong những phép toán quan trọng được sử dụng để đào tạo các mô hình máy học mô phỏng cấu trúc bộ não con người. Các công cụ AI như ChatGPT và Gemini của Google cũng được áp dụng theo phương pháp này.

Theo nghiên cứu, thay vì sử dụng tấm bán dẫn silicon có độ dày đồng nhất cho chất bán dẫn như chip silicon thông thường, các nhà khoa học đã chế tạo silicon mỏng hơn ở những vị trí cụ thể.

Nader Engheta, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết "Sự thay đổi này cung cấp một phương tiện để kiểm soát sự lan truyền của ánh sáng, qua đó cho phép chip thực hiện các phép tính toán toán học với tốc độ ánh sáng".

Xuân Hiếu