I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) stanno affrontando le sfide poste dalla rapida crescita dei volumi di dati e dalle esigenze delle tecnologie AI attraverso il progetto ATHENS. Il Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) ha assegnato un Synergy Grant al progetto di ricerca ATHENS, guidato dai professori Christian Koos e Stefan Bräse del KIT.
Il progetto mira a potenziare le prestazioni e l’efficienza energetica dei sistemi di comunicazione ottica, affrontando la crescente necessità di trasmissione dati ad alta velocità guidata dalle applicazioni di intelligenza artificiale (AI). Con un impegno finanziario di sei anni di 14 milioni di euro (~$15 milioni), il progetto beneficerà anche delle strutture del Karlsruhe Center for Optics and Photonics (KCOP), previsto per l’apertura nel 2025.
Sfide legate alla crescita dei dati
- L’aumento rapido dei volumi di dati rappresenta una sfida significativa per la tecnologia dell’informazione e delle comunicazioni.
- Addestrare grandi modelli linguistici per le applicazioni di intelligenza artificiale è particolarmente impegnativo, richiedendo risorse computazionali massive e una comunicazione efficiente tra migliaia di processori nei sistemi di calcolo parallelo.
- I trasmettitori ottici sono cruciali in questo processo, convertendo i dati elettrici in segnali ottici che viaggiano rapidamente ed efficientemente attraverso fibre di vetro o guide d’onda.
Tradizionalmente, sono stati utilizzati componenti in silicio per questa conversione, ma ora stanno faticando a tenere il passo con le crescenti esigenze di dati. Inoltre, i trasmettitori attuali consumano grandi quantità di energia, contribuendo alle alte emissioni di CO2 associate alle tecnologie AI.
Innovazioni nei trasmettitori ottici
Il progetto ATHENS sta investigando nuovi sistemi di materiali e componenti per la conversione del segnale elettronico in ottico. Il professor Christian Koos ha dichiarato: “Il nostro obiettivo è rendere i trasmettitori non solo più potenti ma anche più efficienti in modo che possano essere raggiunte velocità di trasmissione dati più elevate con lo stesso o addirittura minore consumo energetico.”
Con il finanziamento del Synergy Grant ERC, il team può ora portare avanti l’intero progetto ATHENS, dalla selezione dei materiali adatti alla simulazione delle molecole organiche e a un sistema di trasmissione funzionante in laboratorio.
Approcci ibridi nella scienza dei materiali
Il team di quattro membri, che include anche il professor Carsten Ronning dell’Università Friedrich Schiller di Jena e il professor Tobias Kippenberg del Politecnico Federale di Losanna, sta adottando un approccio ibrido combinando il silicio con altri materiali.
Un approccio testato è l’uso di materiali organici, cioè composti a base di carbonio. Il professor Stefan Bräse ha spiegato: “Possiamo simulare queste molecole sui computer prima di produrre materiali con le caratteristiche desiderate in laboratorio e poi stamparli su wafer di silicio.”
Un altro metodo prevede la combinazione di chip fototonici in silicio con altri chip per formare piattaforme di materiali aggiuntivi, ad esempio piattaforme cristallo-su-isolante.
Il finanziamento potenzia la posizione del KIT nella fotonica
I rapidi progressi nell’intelligenza artificiale rappresentano una grande sfida per il settore dell’informatica. Il professor Oliver Kraft, Vice Presidente per la Ricerca presso il KIT, ha dichiarato: “Sono lieto che con ATHENS, il Consiglio Europeo della Ricerca stia finanziando un progetto all’interfaccia tra la scienza dei materiali e l’informatica. Questa ricerca potenzia la posizione eccezionale del KIT nella fotonica, destinata a crescere ulteriormente con il completamento del Karlsruhe Center for Optics and Photonics (KCOP).”
Benefici per la tecnologia quantistica e l’ingegneria medica
Oltre ai modelli di intelligenza artificiale, i sistemi di materiali ibridi per i trasmettitori potrebbero trovare impieghi nelle tecnologie quantistiche e nell’ingegneria medica, ad esempio nei sensori per dispositivi indossabili o nelle applicazioni ottiche lab-on-a-chip per l’analisi di campioni di sangue.
Synergy Grant ERC
Con i suoi Synergy Grants, il Consiglio Europeo della Ricerca finanzia team di ricerca promettenti. Nel 2024 sono state presentate 548 domande di finanziamento e l’ERC ha selezionato 57 progetti per i Synergy Grants. La Germania è coinvolta in 34 dei progetti selezionati, di gran lunga la quota più alta. Questa è la quarta volta che un prestigioso Synergy Grant ERC è stato assegnato ai ricercatori del KIT.
