Wakati dunia ikiendelea kutafuta njia mpya za kuongeza kasi na uwezo wa kompyuta, teknolojia ya kompyuta ya mwanga inazidi kujitokeza kama suluhisho linalowezekana kwa changamoto za siku zijazo. Kompyuta hizi, ambazo hutumia mwanga kusindika taarifa badala ya umeme, zinaahidi kasi kubwa mno na uwezo wa kuhifadhi data kwa wingi usio kifani. Hivi karibuni, hatua muhimu imepigwa katika kufanikisha ndoto hii kwa ugunduzi wa vipengele muhimu vya kompyuta za mwanga.
Kampuni mbili zinazoongoza katika sekta hii, Lightelligence yenye makao makuu yake Singapore, na Lightmatter iliyoanzishwa Marekani, zimeweka wazi matokeo ya utafiti wao uliofanikiwa katika kuunda chipu za mwanga ambazo zinaweza kuongeza kasi ya hesabu katika kompyuta za mwanga kwa zaidi ya mara mia moja. Matokeo haya ya kusisimua yamechapishwa katika jarida mashuhuri la sayansi la Nature tarehe 10 (kwa saa za huko).
Timu za watafiti kutoka kampuni zote mbili zimetumia teknolojia inayojulikana kama 'silikoni fotoniki' katika kuunda chipu zao za mwanga. Teknolojia hii ni kama kuunda 'mzunguko unaofanya kazi kwa kutumia mwanga' ndani ya chipu ya nusu kondakta. Badala ya kutumia vifaa vya kawaida vya optiki kama vile lenzi, vioo, na nyuzi za optiki, watafiti wameweza kutumia mchakato wa kutengeneza nusu kondakta za silikoni kuunda vipengele vya mwanga moja kwa moja kwenye chipu.
Timu ya watafiti wa Lightelligence imefanikiwa kuunda chipu ambayo inaweza kufanya hesabu za matrix ya 64×64 kwa kila kupepesa kwa mwanga mara moja. Hesabu za matrix ni msingi mkuu wa teknolojia ya akili bandia (AI), na operesheni ya 64×64 inamaanisha kuwa chipu inaweza kufanya operesheni ya kuzidisha-jumlisha (MAC), ambayo ni kitengo cha msingi cha hesabu za matrix, mara 4,096 kwa kila mzunguko. Operesheni ya MAC inahusisha kuzidisha namba zilizopangwa katika matrix na kisha kujumlisha matokeo. Katika kutengeneza chipu hii, watafiti walitumia kichocheo cha fotoni kinachojulikana kama 'PACE' ambacho kinalenga kuongeza kasi ya hesabu kwa kutumia mwanga.
Ili kutathmini uwezo wa chipu yao, watafiti wa Lightelligence walilinganisha utendaji wake na kadi ya michoro (GPU) ya NVIDIA 'A10', ambayo imepata umaarufu mkubwa kutokana na kuongezeka kwa matumizi ya AI. Walichagua kuchambua uwezo wa chipu katika kutatua 'tatizo la Ising', ambalo linatumika sana kupima utendaji wa kompyuta zenye kasi sana. Ufanisi katika kutatua tatizo la Ising unaonyesha uwezo mkubwa wa kifaa katika kuendesha programu za AI.
Matokeo ya kulinganisha yalionyesha kuwa kifaa cha kompyuta ya mwanga cha Lightelligence kilipunguza 'muda mdogo wa kusubiri' kwa takriban mara 500 ikilinganishwa na NVIDIA A10 GPU. Muda mdogo wa kusubiri ni kipimo muhimu cha utendaji wa kompyuta, kinachoonyesha muda unaohitajika kwa data au amri kupelekwa na kupokelewa. Wakati NVIDIA A10 GPU ilikuwa na muda mdogo wa kusubiri wa nanosekondi 2300 (ns, ambapo nanosekondi 1 ni sehemu ya bilioni moja ya sekondi), kifaa cha Lightelligence kilifikia nanosekondi 5 tu.
Kwa upande mwingine, timu ya watafiti wa Lightmatter ilifanikiwa kuunda chipu ya mwanga ambayo ina uwezo wa kufanya hesabu za matrix ya 128×128. Hii inamaanisha kuwa chipu yao inaweza kufanya operesheni za MAC mara 16,384 kwa kila kupepesa kwa mwanga. Zaidi ya hayo, watafiti walithibitisha kuwa kifaa walichounda kwa kutumia chipu hii kinaweza kuendesha mifumo ya AI ambayo kwa kawaida huendeshwa na kompyuta za kawaida kwa ufanisi mkubwa.
Profesa Han Sang-yun, mtaalamu wa silikoni fotoniki kutoka Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Daegu Gyeongbuk (DGIST) nchini Korea Kusini, alitoa maoni yake kuhusu matokeo haya akisema, "Chipu za zamani za mwanga zilikuwa na uwezo wa kufanya hesabu za matrix ya hadi 10×10 pekee, hivyo kuongeza kasi kwa zaidi ya mara 100 ni hatua kubwa sana." Aliongeza kuwa, "Mwanga unapopita kwenye saketi za optiki, hupoteza nguvu kwa kasi sana kadri urefu wa saketi unavyoongezeka. Inaonekana kuwa watafiti wamefanikiwa kuboresha utendaji kwa kupunguza kwa kiasi kikubwa 'upotevu wa mwanga', ambao umekuwa kikwazo kikubwa kwa chipu za mwanga, na kuongeza usahihi wa mwanga ndani ya chipu."
Katika makala ya maoni iliyoandamana na ripoti hizi mbili katika jarida la Nature, Profesa Anthony Lentine kutoka Chuo Kikuu cha Dartmouth nchini Marekani alisema kuwa, "Kompyuta za mwanga, ambazo zimekuwa zikifanyiwa kazi kwa miongo kadhaa, sasa zinaweza kuwa na nguvu zaidi na kuwa na ufanisi mkubwa wa nishati kutokana na matokeo haya."
Profesa Han alieleza zaidi akisema, "Kompyuta za mwanga zina faida za kiteknolojia zaidi kuliko kompyuta za kawaida katika kuendeleza na kuendesha teknolojia ya 'mawasiliano ya optiki', ambapo data inatumwa na kupokelewa kwa kutumia mwanga, na pia katika teknolojia ya AI." Alimalizia kwa kusema kuwa, "Katika enzi hii ya akili bandia, matarajio ya kompyuta za mwanga ni makubwa sana." Ugunduzi huu unaweza kuwa na athari kubwa katika maendeleo ya teknolojia mbalimbali, ikiwa ni pamoja na mawasiliano, sayansi, na akili bandia, na unaweza kuleta mapinduzi katika jinsi tunavyotumia kompyuta katika siku zijazo. Kwa Tanzania na Afrika kwa ujumla, maendeleo haya yanaweza kufungua milango kwa teknolojia za kisasa zaidi na kuchochea ubunifu katika sekta mbalimbali.