AI タスクの効率を 100 倍向上させる光ベースの新チップ (New light-based chip boosts power efficiency of AI tasks 100 fold)

2025-09-08 アメリカ合衆国・フロリダ大学 (UF)

フロリダ大学の研究チームは、画像認識など AI における電力消費の大きな計算処理の一部を、電気ではなく「光」で行う新しいチップを開発した。この「光AIチップ」は、従来の電子チップに比べ、AIタスクの電力効率を 10倍〜100倍 向上させる可能性がある。具体的には、畳み込み演算(画像・ビデオ・テキスト処理のコア処理)を、シリコン上にマイクロレンズを直接集積したフォトニクス回路で実行する。プロトタイプでは手書き数字認識を行い、約 98% の精度 を達成。演算精度をほぼ保ちつつ極端に低エネルギーで処理できるため、AIモデルのさらなる大型化や、高性能化と同時に、データセンターやエッジ機器における消費電力問題への対策となる。近年増大するAIの電力需要を抑えながら、持続可能なAIシステム構築に向けた大きな一歩とされる。

<関連情報>

畳み込み演算の高速化のためのエネルギーフリーに近い光子フーリエ変換 Near-energy-free photonic Fourier transformation for convolution operation acceleration

Hangbo Yang, Nicola Peserico, Shurui Li, Xiaoxuan Ma, Russell L. T. Schwartz, Mostafa Hosseini, Aydin Babakhani, Chee Wei Wong, Puneet Gupta, Volker J. Sorger
Advanced Photonics  Published:8 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1117/1.AP.7.5.056007

AI タスクの効率を 100 倍向上させる光ベースの新チップ (New light-based chip boosts power efficiency of AI tasks 100 fold)

Abstract

Convolutional operations are computationally intensive in artificial intelligence (AI) services, and their overhead in electronic hardware limits machine learning scaling. Here, we introduce a photonic joint transform correlator (pJTC) using a near-energy-free on-chip Fourier transformation to accelerate convolution operations. The pJTC reduces computational complexity for both convolution and cross-correlation from O(N4) to O(N2), where N2 is the input data size. Demonstrating functional Fourier transforms and convolution, this pJTC achieves 98.0% accuracy on an exemplary Modified National Institute of Standards and Technology inference task. Furthermore, a wavelength-multiplexed pJTC architecture shows potential for high throughput and energy efficiency, reaching 305TOPS/W and 40.2TOPS/mm2, based on currently available foundry processes. An efficient, compact, and low-latency convolution accelerator promises to advance next-generation AI capabilities across edge demands, high-performance computing, and cloud services.

0403電子応用
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