Un paso más en la IA generativa con un nuevo chip óptico

La Universidad Jiao Tong de Shanghai anunció el viernes un avance en los chips de potencia computacional con la presentación de LightGen, un chip totalmente óptico capaz de ejecutar grandes modelos de inteligencia artificial (IA) generativa, con información valiosa para la gran demanda computacional y energética del sector.

El equipo de investigación señaló que es la primera vez que se desarrolla un chip totalmente óptico para grandes modelos generativos semánticos y visuales. El viernes se publicó un artículo al respecto en el sitio web de la revista Science, en su sección destacada.

La IA generativa avanza cada vez más a escenarios complejos del mundo real, como la creación de imágenes a partir de texto en segundos y de videos en instantes. A medida que estos modelos crecen en tamaño y sofisticación, la demanda de potencia computacional y eficiencia energética es mayor. En la era posterior a la ley de Moore, los esfuerzos de investigación en el mundo se desplazan hacia chips de potencia computacional de última generación, como la computación óptica.

Actualmente, estos chips resaltan en la aceleración de tareas discriminativas, pero no en grandes modelos generativos de última generación. El reto consiste en conseguir que puedan ejecutar modelos complejos, un problema reconocido en el campo de la computación inteligente a nivel mundial.

Los científicos explicaron que la computación óptica implica procesar información utilizando luz en lugar de electrones dentro de los transistores. La luz ofrece alta velocidad y paralelismo, lo que la convierte en una dirección prometedora para superar los desafíos computacionales y energéticos. Sin embargo, el uso de la computación óptica en la IA generativa es difícil debido a la gran escala de los modelos y a su necesidad de transformarse en múltiples dimensiones.

Chen Yitong, investigador principal del equipo, afirmó que LightGen logra el salto en rendimiento al superar tres problemas principales: integrar millones de neuronas ópticas en un solo chip, lograr una transformación dimensional plenamente óptica y desarrollar un algoritmo de entrenamiento para modelos generativos ópticos que no dependa de la verdad fundamental.

«Cualquiera de estos adelantos por sí solo es significativo. LightGen consigue los 3 simultáneamente, lo que da paso a una implementación óptica completa  para tareas generativas a gran escala», acotó Chen, también profesor adjunto en la Facultad de Circuitos Integrados de la Universidad Jiao Tong de Shanghai.

LightGen no se limita a utilizar la electrónica para ayudar a la óptica en la generación. Según el equipo, obtiene un ciclo completo de «entrada-comprensión-manipulación semántica-generación» en un chip óptico. Una vez que se introduce una imagen en el chip, el sistema puede extraer y representar información semántica, generando nuevos datos multimedia bajo control semántico, lo que permite que la luz «comprenda» y «conozca» la semántica.

Los experimentos realizados en el estudio demostraron que LightGen puede realizar generación semántica de imágenes de alta resolución, 3D, videos de alta definición y control semántico, lo que permite realizar diversas tareas generativas a gran escala, como la eliminación de ruido y la transferencia de características.

En el análisis de rendimiento, LightGen se adhirió a rigurosos estándares computacionales. Logró una calidad de generación comparable a la de las principales redes neuronales electrónicas, como Stable Diffusion y NeRF, con una medición del tiempo y el consumo de energía de extremo a extremo. Las pruebas revelaron que, incluso utilizando dispositivos de entrada relativamente obsoletos, LightGen tuvo mejoras en la eficiencia computacional y energética de dos órdenes de magnitud en comparación con los mejores chips digitales. Con dispositivos avanzados, LightGen podría, en teoría, ser mejor en la potencia computacional de siete órdenes de magnitud y mejoras en la eficiencia energética de 8 órdenes.

Según el equipo, el estudio enfatiza que, a medida que la IA generativa se integra cada vez más en la producción y la vida cotidiana, es imperativo desarrollar chips de potencia computacional de última generación capaces de ejecutar tareas de vanguardia que exige la sociedad moderna de la IA.

«LightGen abre un nuevo camino para avanzar en la IA generativa con mayor velocidad y eficiencia, brindando una nueva dirección para el estudio de computación inteligente generativa de alta velocidad y eficiencia energética», afirmó Chen.