AI fotonica sostenibile: meno energia, più velocità nei data center

L'intelligenza artificiale sta cambiando il mondo a una velocità che fino a pochi anni fa sembrava impensabile. Una miriade di nuove applicazioni utilizza questa nuova tecnologia: dai chatbot alla guida autonoma, dalla ricerca scientifica alla medicina. Il problema è che usare l'AI automaticamente significa richiedere una potenza di calcolo molto elevata e, a mano a mano che questa tecnologia diventa sempre più sofisticata, tale potenza risulta crescente.

 

Ciò pone davanti a una questione enorme: il consumo energetico necessario per alimentare i data center. Questi ultimi sono infrastrutture che contengono e gestiscono il flusso di informazioni generate dall'AI e per questo elaborano miliardi di operazioni ogni secondo. Da questa sfida nasce uno dei filoni di ricerca più promettenti degli ultimi anni: l'AI fotonica sostenibile.

 

L'idea alla base è tanto semplice quanto rivoluzionaria. I computer tradizionali elaborano e trasferiscono le informazioni attraverso segnali elettrici che scorrono nei circuiti dei chip. La fotonica, invece, utilizza la luce, sotto forma di fotoni, per svolgere lo stesso compito. In altre parole, anziché affidarsi esclusivamente all'elettricità, i dati vengono trasmessi ed elaborati tramite impulsi luminosi (Fotonica: cos'è la tecnologia che può cambiare l'AI).

 

Il grande vantaggio di questo approccio è che le perdite di energia vengono ridotte drasticamente, poiché la trasmissione dei dati tramite fotoni non è soggetta alla resistenza elettrica tipica dei circuiti elettronici . Nel contempo, il processo permette di aumentare la velocità con cui le informazioni viaggiano all'interno dei sistemi di calcolo. Quindi, l'AI fotonica non è altro che l'incrocio tra due tecnologie rivoluzionarie: l'intelligenza artificiale e i chip fotonici. L'obiettivo che si pone è quello di costruire processori più veloci, ma allo stesso tempo sostenere la crescita dell'AI riducendo il fabbisogno energetico e l'emissione di CO₂.

 

Il tema dell'energia fotonica è oggi affrontato sia da startup sia da grandi aziende tecnologiche, mentre la ricerca sta compiendo passi avanti importanti (Fotonica: ecco 5 azioni da tenere d'occhio). Recentemente si sono sviluppati acceleratori fotonici in grado di eseguire alcune delle operazioni matematiche più utilizzate dai modelli di intelligenza artificiale direttamente attraverso la propagazione della luce. Ancora si è lontani da una diffusione commerciale di questa tecnologia, ma secondo gli esperti del settore nei prossimi anni si potrebbero vedere situazioni sorprendenti in tal senso.

 

All'interno dei data center, migliaia di processori entrano in azione allo stesso tempo ogni volta che un utente interroga un chatbot, genera un'immagine o utilizza un assistente AI. Il problema è che per fare questo viene consumata una quantità enorme di energia e, con il passare del tempo, ne verrà consumata sempre di più. Alcune stime suggeriscono che entro la fine del decennio il consumo elettrico dei data center potrebbe più che raddoppiare rispetto ai livelli attuali, arrivando a rappresentare una quota significativa della domanda mondiale di elettricità.

 

Ciò però si scontra con una disponibilità di energia elettrica limitata. Inoltre c'è anche il problema del raffreddamento degli impianti, che ormai producono grandi quantità di calore. Non finisce qui, perché ogni nuova generazione di modelli AI utilizza un numero maggiore di parametri, richiede dataset più ampi e necessita di prestazioni superiori sia nella fase di addestramento sia durante l'utilizzo quotidiano. Gli utenti, inoltre, si aspettano risposte quasi istantanee, senza ritardi. Tutto questo significa che i data center devono essere contemporaneamente più potenti, più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico.

 

Continuare ad aumentare semplicemente il numero dei processori tradizionali rischia di non essere una soluzione sostenibile né dal punto di vista economico né sotto il profilo ambientale. La fotonica potrebbe cambiare le regole del gioco. Utilizzando la luce al posto dell'elettricità per molte operazioni di calcolo e trasferimento dei dati, i chip fotonici riescono a limitare la dispersione energetica e a ridurre sensibilmente il calore prodotto. Questo comporta un duplice vantaggio: da un lato diminuiscono i consumi elettrici necessari per alimentare i processori, dall'altro si riduce anche l'energia richiesta dagli impianti di raffreddamento, che oggi rappresentano una delle principali voci di spesa dei data center. 

 

La velocità costituisce l'altro grande punto di forza. I fotoni possono trasportare enormi quantità di informazioni con latenze estremamente ridotte, permettendo di eseguire alcune operazioni di intelligenza artificiale molto più rapidamente rispetto ai circuiti elettronici tradizionali. Questo è particolarmente importante per le applicazioni che richiedono elaborazioni in tempo reale, come la robotica, la guida autonoma, la diagnostica medica, la cybersicurezza o gli assistenti AI sempre più sofisticati.

 

Pensare che la fotonica sia in grado di sostituire l'elettricità nel breve termine è utopistico. La soluzione proposta è quella di costruire sistemi ibridi, dove componenti fotonici ed elettronici lavoreranno insieme. In pratica, mentre l'elettronica si occuperà di molte funzioni di controllo, la fotonica verrà adoperata nelle situazioni in cui sono richieste maggiore velocità ed efficienza energetica.

 

Se le promesse saranno mantenute, i data center diventeranno più sostenibili, con minori consumi di elettricità, costi operativi più bassi, riduzione delle emissioni e maggiore capacità di accompagnare la crescita dell'AI.