Nathan Youngblood, professeur adjoint à l’Université de Pittsburgh, a reçu des subventions de la NSF et de l’AFOSR pour poursuivre ses recherches sur le calcul optique et les matériaux à changement de phase. Son travail vise à remédier aux limites du matériel informatique actuel en développant des systèmes informatiques optiques plus efficaces, fiables et rapides. Cette recherche promet non seulement d’améliorer la puissance de calcul de l’IA, mais également d’améliorer la vitesse et l’efficacité des systèmes informatiques modernes. Crédit : Issues.fr.com
Nathan Youngblood, de l’Université de Pittsburgh, est un pionnier de l’informatique optique pour stimuler l’IA et l’efficacité informatique, soutenu par des subventions importantes et axé sur la création d’une main-d’œuvre technologique diversifiée.
La demande exponentielle de puissance de calcul élevée dépasse de loin les capacités des systèmes électroniques actuels ; cependant, les ingénieurs de l’Université de Pittsburgh mettent en lumière de nouvelles solutions.
Nathan Youngblood, chercheur principal et professeur adjoint de génie électrique et informatique à la Pitt’s Swanson School of Engineering, a reçu un prix de développement de début de carrière de 552 166 $ de la National Science Foundation (NSF) et un prix de 449 240 $ de l’Air Force Office of Scientific Research (AFOSR). ) à travers son programme Young Investigator (YIP) pour poursuivre son travail de pionnier dans les matériaux à changement de phase et l’informatique optique.
« Dr. Youngblood est une étoile montante et l’un des meilleurs jeunes chercheurs, universitaires et éducateurs de Pitt Engineering », a déclaré Alan George, directeur du département, chaire R&H Mickle Endowed, professeur de génie électrique et informatique et fondateur du SHREC. « Ses deux dernières réalisations – le CAREER Award et le AFOSR Young Investigator Award – sont vraiment exceptionnelles et nous sommes très fiers de lui et enthousiasmés par son programme de recherche en pleine croissance et son groupe d’étudiants.
L’informatique optique, également appelée informatique photonique, s’est révélée prometteuse par rapport au matériel conventionnel en utilisant des ondes lumineuses produites par des lasers ou d’autres sources pour le stockage, le traitement ou la communication de données à des fins informatiques. Cependant, la technologie actuelle limite sa praticité.
Avec ces prix, Youngblood étudiera deux approches différentes pour améliorer la vitesse, la fiabilité et l’efficacité du calcul optique. La première approche se concentre sur l’utilisation de la nature ondulatoire de la lumière pour augmenter l’efficacité du calcul optique, tandis que la seconde se concentre sur l’amélioration des mémoires optiques pour augmenter le débit de calcul.
L’informatique dans le monde de l’IA
Pour son CAREER Award, Youngblood se concentrera sur le développement de matériel informatique optique à haut rendement pour relever les défis cruciaux de l’intelligence artificielle (IA).
« Alors que les services d’applications d’IA continuent de prendre de l’importance, nous avons besoin de la puissance de calcul nécessaire pour pouvoir les prendre en charge », a déclaré Youngblood. « Des progrès notables ont été réalisés dans le domaine des ordinateurs modernes, mais les gains d’efficacité du matériel traditionnel ne parviennent pas à suivre le rythme de ces systèmes gourmands en données. C’est possible grâce à l’informatique optique.
Lorsque les méthodes informatiques actuelles tentent de répondre aux exigences de l’IA, une chaleur indésirable est créée en raison des grandes quantités de données se déplaçant à grande vitesse à travers les fils métalliques du processeur.
« Les photons n’ont pas ce problème de chauffage, vous pouvez donc traiter les données beaucoup plus rapidement en utilisant la lumière », a expliqué Youngblood. « À l’heure actuelle, cependant, les processeurs optiques ne sont pas assez puissants, suffisamment précis ou suffisamment efficaces pour être réellement utiles à l’IA. »
Grâce au financement du Pitt’s Momentum Funds, Youngblood a pu obtenir une subvention de démarrage initiale et des données préliminaires pour son CAREER Award.
« Je suis incroyablement reconnaissant de l’aide de Pitt pour relancer cette recherche », a déclaré Youngblood.
Une mise à niveau dans l’informatique moderne
Il est clair que les systèmes informatiques modernes ont atteint leurs limites.
Le matériel informatique existant est entravé par le mouvement des données entre la mémoire et les cœurs de traitement, ce qui réduit les vitesses de calcul et crée une chaleur indésirable dans la machine.
Grâce au programme Young Investigator, Youngblood créera du matériel photonique qui permettra aux calculs d’avoir lieu dans la matrice de mémoire optique elle-même, réduisant ainsi considérablement le mouvement des données. Son laboratoire mènera des recherches dans trois domaines principaux : améliorer l’efficacité, la fiabilité et la répétabilité de la mémoire photonique à changement de phase électriquement programmable ; concevoir des réseaux photoniques multicouches entièrement analogiques pour un calcul rapide et efficace ; et démonstration d’un accélérateur photonique en mémoire multicouche entièrement analogique sur puce.
Les résultats de ces travaux feront progresser le développement de nouveaux matériaux pour les dispositifs photoniques reconfigurables et intégreront ces composants dans des systèmes informatiques optoélectroniques.
« La plate-forme résultante devrait avoir un impact significatif sur les applications de l’armée de l’air et de l’espace nécessitant un calcul à très faible latence, une discrimination de cible et une navigation autonome où il existe un besoin immédiat d’un traitement de l’information à très haute vitesse », a déclaré Youngblood.
Le projet, « Accélérateurs photoniques en mémoire pour une informatique à faible latence et efficace », fait partie des 21,5 millions de dollars accordés aux bénéficiaires du YIP qui reçoivent des subventions sur trois ans pouvant atteindre 450 000 dollars. Les personnes sélectionnées doivent faire preuve de capacités et de promesses exceptionnelles pour mener des recherches fondamentales pertinentes pour le Département de la Force aérienne.
En plus des contributions scientifiques à la prochaine étape de l’informatique optique et moderne, le prix CAREER de Youngblood l’aidera également à former une main-d’œuvre diversifiée dans le domaine de la haute technologie dans la grande région de Pittsburgh. Les initiatives comprennent la création d’outils pédagogiques abordables exposant les étudiants aux applications de la nanotechnologie dans l’IA, la conduite d’ateliers STEM en collaboration avec le programme de sensibilisation de Pitt (LEAD) et l’encadrement de chercheurs de premier cycle dans le cadre du programme de recherche d’été EXCEL de Pitt. Les évaluations volontaires mesureront les résultats scolaires, fournissant ainsi des mesures quantifiables de l’impact plus large du projet sur la diversité de la main-d’œuvre et l’innovation dans le domaine de l’IA.
