การเติบโตอย่างไม่หยุดยั้งของปัญญาประดิษฐ์ โดยเฉพาะในโมเดลประเภทสร้างสรรค์ (generative models) ได้สร้างความต้องการพลังการคำนวณและพลังงานอย่างมหาศาล ชิปอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมกำลังดิ้นรนเพื่อให้ทัน สร้างคอขวดที่สำคัญสำหรับความก้าวหน้าในอนาคตของ AI ในการพัฒนาที่เป็นหมุดหมายสำคัญ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong University ได้เปิดเผยวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้: LightGen ชิปออปติคอลล้วนชิ้นแรกของโลกที่ออกแบบมาเพื่อรันโมเดล AI สร้างสรรค์ที่ซับซ้อนและขนาดใหญ่โดยตรงด้วยแสง สัญญาว่าจะก้าวกระโดดในด้านความเร็วและประสิทธิภาพอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน
การเปลี่ยนกระบวนทัศน์ในสถาปัตยกรรมการคำนวณ
นวัตกรรมหลักของ LightGen อยู่ที่การออกจากระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปหรือระบบไฮบริดโฟโตนิก-อิเล็กทรอนิกส์อย่างสิ้นเชิง แม้ว่าการคำนวณด้วยแสงจะถูกพูดถึงมานานถึงศักยภาพเนื่องจากความเร็วโดยธรรมชาติของแสงและความสามารถในการประมวลผลแบบขนาน แต่การนำไปใช้ก่อนหน้านี้มีข้อจำกัด โดยถูกจำกัดอยู่แค่งานจำแนกประเภทง่ายๆ หรือต้องพึ่งพาการแปลงสัญญาณระหว่างแสงและอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งลบล้างข้อได้เปรียบด้านความเร็ว ทีมวิจัย นำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Chen Yitong ได้จัดการกับความท้าทายหลักสามประการที่ยืนหยัดมานานพร้อมกัน เพื่อสร้างระบบออปติคอลแบบครบวงจร (end-to-end) นี่หมายความว่าชิปสามารถรับอินพุต ประมวลผลข้อมูลเชิงความหมาย จัดการมัน และสร้างสื่อใหม่ทั้งหมดได้ โดยใช้คลื่นแสงโดยไม่มีการคำนวณด้วยอิเล็กทรอนิกส์เป็นตัวกลาง
ทลายกำแพงทางเทคนิค
งานวิจัยซึ่งตีพิมพ์เป็นบทความไฮไลท์ในวารสารชั้นนำ Science เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม ได้อธิบายรายละเอียดของความก้าวหน้าทั้งสามประการที่ถูกรวมเข้าไว้ใน LightGen อย่างแรกคือการรวมเซลล์ประสาทออปติคอล (optical neurons) มากกว่าหนึ่งล้านตัวบนชิปเดียว ซึ่งเป็นขนาดที่จำเป็นสำหรับการจัดการโมเดลสร้างสรรค์ที่ซับซ้อน อย่างที่สองคือการพัฒนาวิธีการสำหรับ "การแปลงมิติแบบออปติคอลล้วน" ซึ่งทำให้เครือข่ายออปติคอลสามารถจัดการโครงสร้างข้อมูลในรูปแบบที่จำเป็นสำหรับงานสร้างสรรค์ได้ และที่สำคัญที่สุด ทีมวิจัยได้ออกแบบอัลกอริทึมการฝึกฝนแบบ "ไม่ต้องอาศัยคำตอบที่ถูกต้องแน่นอน" (ground-truth-free) เฉพาะสำหรับสนามออปติคอล อัลกอริทึมนี้ทำให้ส่วนประกอบออปติคอลของชิปสามารถถูกฝึกฝนสำหรับงานสร้างสรรค์ได้โดยไม่ต้องพึ่งพาชุดข้อมูลดิจิทัลที่มีอยู่เดิมเป็นข้อมูลอ้างอิงที่เข้มงวด ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญสู่ปัญญาประดิษฐ์ออปติคอลอัตโนมัติ
ข้อมูลจำเพาะหลักและประสิทธิภาพของ LightGen Chip
- สถาปัตยกรรม: แบบออปติคัลทั้งหมด (โฟโตนิก) ประมวลผลแบบ end-to-end
- ขนาด: ผสานรวมเซลล์ประสาทออปติคัลมากกว่า 1,000,000 เซลล์
- นวัตกรรมหลัก: 1) การผสานรวมเซลล์ประสาทออปติคัลระดับล้านเซลล์, 2) การแปลงมิติแบบออปติคัลทั้งหมด, 3) อัลกอริธึมการฝึกแบบออปติคัลที่ไม่ต้องใช้ข้อมูลพื้นฐานจริง (ground-truth-free)
- งานที่สาธิตได้: การสร้างภาพความละเอียดสูง (≥512x512), การสร้าง 3D NeRF, การสร้างวิดีโอความละเอียดสูง (HD), การแก้ไขเชิงความหมาย (semantic editing), การลดสัญญาณรบกวน (denoising), การถ่ายโอนคุณลักษณะ (feature transfer)
- ประสิทธิภาพเทียบกับชิปดิจิทัลระดับแนวหน้า (State-of-the-Art):
- เมื่อใช้อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต (I/O) ในปัจจุบัน: ประสิทธิภาพด้านความเร็วและพลังงานดีขึ้นประมาณ ~100 เท่า (2 อันดับความสำคัญ)
- ค่าสูงสุดทางทฤษฎี (เมื่อไม่มีปัญหาคอขวดจาก I/O): เร็วกว่า ~10,000,000 เท่า (7 อันดับความสำคัญ), มีประสิทธิภาพด้านพลังงานดีกว่า ~100,000,000 เท่า (8 อันดับความสำคัญ)
- การตีพิมพ์: ตีพิมพ์ในวารสาร Science เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม 2025
- ทีมพัฒนา: Shanghai Jiao Tong University นำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Chen Yitong
สาธิตพลังการสร้างสรรค์ในทางปฏิบัติ
ความสามารถของชิป LightGen ไม่ได้เป็นเพียงทฤษฎี ทีมวิจัยได้ทดสอบประสิทธิภาพของมันผ่านชุดงาน AI ที่ท้าทายในยุคใหม่ ชิปสามารถสร้างภาพความละเอียดสูง (512x512 พิกเซลขึ้นไป) สร้างฉาก 3 มิติโดยใช้เทคนิค neural radiance field (NeRF) สร้างวิดีโอความละเอียดสูง และดำเนินการขั้นสูง เช่น การแก้ไขเชิงความหมาย (semantic editing) การลดสัญญาณรบกวน และการถ่ายโอนคุณลักษณะ (feature transfer) ได้สำเร็จ การสาธิตเหล่านี้พิสูจน์ว่าชิปสามารถจัดการกระบวนการที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอนซึ่งจำเป็นสำหรับโมเดลสร้างสรรค์ล้ำสมัย เช่น Stable Diffusion ได้ทั้งหมดภายในโดเมนออปติคอล
วัดผลการก้าวกระโดดด้านประสิทธิภาพ
ตัวชี้วัดประสิทธิภาพที่รายงานออกมานั้นน่าตกใจ ชี้ให้เห็นถึงศักยภาพการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีนี้ ในการทดสอบทางปฏิบัติโดยใช้อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตในปัจจุบัน LightGen บรรลุประสิทธิภาพที่เร็วกว่าและมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่าชิปดิจิทัลชั้นนำถึงสองอันดับความสำคัญ (100 เท่า) ในขณะที่ยังคงคุณภาพผลลัพธ์ที่เทียบเท่า นักวิจัยระบุว่าการวัดนี้เป็นการประมาณแบบระมัดระวัง ถูกจำกัดด้วยความเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รอบข้าง ในสถานการณ์ที่สัญญาณอินพุตแบบออปติคอลไม่เป็นคอขวด ประสิทธิภาพทางทฤษฎีของชิปจะพุ่งสูงขึ้น LightGen มีศักยภาพที่จะให้ความเร็วในการคำนวณเพิ่มขึ้นเจ็ดอันดับความสำคัญ (10 ล้านเท่า) และการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานแปดอันดับความสำคัญ (100 ล้านเท่า) เมื่อเทียบกับฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ที่ดีที่สุดในปัจจุบัน
ผลกระทบต่ออนาคตของ AI และการคำนวณ
การสาธิต LightGen ที่ประสบความสำเร็จไม่ใช่แค่ความสำเร็จในห้องปฏิบัติการเท่านั้น แต่เป็นหมุดหมายสำคัญที่ชี้ไปสู่แนวทางใหม่สำหรับฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ ในขณะที่โมเดล AI ยังคงเติบโตในด้านขนาดและความซับซ้อนต่อไป ต้นทุนพลังงานและโครงสร้างพื้นฐานในการรันโมเดลเหล่านี้บนชิปแบบดั้งเดิมก็ยิ่งไม่ยั่งยืนมากขึ้น LightGen ให้วิสัยทัศน์ที่น่าสนใจของอนาคตที่การสร้างสรรค์ AI คุณภาพสูงสามารถทำได้ด้วยความหน่วงเวลาและการใช้พลังงานที่ต่ำที่สุด ความก้าวหน้าครั้งนี้ไม่เพียงแต่เปิดเส้นทางการวิจัยใหม่สำหรับการคำนวณอัจฉริยะที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพด้านพลังงานเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติและประสิทธิภาพการใช้งานของแอปพลิเคชัน AI ขั้นสูงอย่างมีนัยสำคัญ ตั้งแต่เครื่องมือสร้างสรรค์ไปจนถึงการจำลองทางวิทยาศาสตร์และการประมวลผลสื่อแบบเรียลไทม์