Systeme für künstliche Intelligenz (KI) versprechen transformative Fortschritte, aber ihr Wachstum wurde durch Energieeffizienzen und Engpässe bei der Datenübertragung eingeschränkt. Forscher von Columbia Engineering haben eine bahnbrechende Lösung vorgestellt: eine 3D-photonisch-elektronische Plattform, die beispiellose Energieeffizienz und Bandbreitendichte erreicht und den Weg für KI-Hardware der nächsten Generation ebnet.
Die Studie„3D-Photonik für ultra-niedrige Energie, Chip-Daten mit hoher Bandbreitendichte“, angeführt von Keren Bergman, Charles Batchelor-Professor für Elektrotechnik, wird veröffentlicht in Naturphotonik.
Die Forschung beschreibt eine wegweisende Methode, die die Photonik in die Elektronik (Complementary-Metal-Oxid-Semiconductor) (Complementary-Metal-Oxid-Semiconductor) integriert, um energieeffiziente Datenkommunikation mit hohem Bandbreiten neu zu definieren. Diese Innovation befasst sich mit kritischen Herausforderungen in der Datenbewegung, einem anhaltenden Hindernis für die Verwirklichung schneller und effizienterer KI -Technologien.
„In dieser Arbeit präsentieren wir eine Technologie, die in der Lage ist, große Datenmengen mit beispiellosem Energieverbrauch zu übertragen“, sagte Bergman. „Diese Innovation durchbricht die langjährige Energiebarriere, die die Datenbewegung in herkömmlichen Computer- und KI-Systemen begrenzt hat.“
Durchbruch in der Datenkommunikation
Das Columbia Engineering Team arbeitete mit Alyosha Christopher Molnar, Ilda und Charles Lee Professor für Ingenieurwesen an der Cornell University zusammen, um einen 3D-integrierten photonisch-elektronischen Chip mit einer hohen Dichte von 80 photonischen Sendern und Empfängern in einem Kompakt-Chip-Fußabdruck zu entwickeln.
Diese Plattform liefert eine hohe Bandbreite (800 GB/s) mit außergewöhnlicher Energieeffizienz und verbraucht nur 120 Femtojoule pro Bit. Mit einer Bandbreitendichte von 5,3 TB/S/MM2 übertrifft diese Innovation die bestehenden Benchmarks bei weitem.
Der ChIP wurde für niedrige Kosten entwickelt und integriert photonische Geräte mit elektronischen CMOS -Schaltkreisen und nutzt Komponenten, die in gewerblichen Gießereien hergestellt wurden, und bildet die Voraussetzungen für die weit verbreitete Einführung der Branche.
AI -Hardware revolutionieren
Die Forschungen des Teams definieren neu, wie Daten zwischen Rechenknoten übertragen werden, wobei die langjährigen Engpässe in der Energieeffizienz und der Skalierbarkeit angesprochen werden.
Durch die Integration von 3D -Integration von photonischen und elektronischen Chips erzielt diese Technologie unübertroffene Energieeinsparungen und hohe Bandbreitendichte, die sich von herkömmlichen Einschränkungen der Datenlokalität befreien. Diese innovative Plattform ermöglicht es KI -Systemen, umfangreiche Datenmengen effizient zu übertragen und verteilte Architekturen zu unterstützen, die aufgrund von Energie- und Latenzbeschränkungen zuvor unpraktisch waren.
Die daraus resultierenden Fortschritte sind bereit, beispiellose Leistungsniveaus freizuschalten und diese Technologie zu einem Eckpfeiler zukünftiger Computersysteme über Anwendungen hinweg zu machen, von großflächigen KI-Modellen bis hin zu Echtzeitdatenverarbeitung in autonomen Systemen.
Abgesehen von AI enthält dieser Ansatz das transformative Potenzial für Hochleistungs-Computing, Telekommunikation und disaggregierte Speichersysteme und signalisiert eine neue Ära mit energieeffizienten Hochgeschwindigkeits-Computing-Infrastruktur.
Die kollaborative Forschung umfasste Beiträge des Molnar -Labors der Cornell University, des Air Force Research Laboratory und des Dartmouth College.
Weitere Informationen:
Stuart Daudlin et al., 3D-Photonik für ultra-niedrige Energie, Hochband-Dichte-Chip-Datenverbindungen, Naturphotonik (2025). Doi: 10.1038/s41566-025-01633-0 . An Arxiv: Doi: 10.48550/arxiv.2310.01615