Инженеры разработали новую схему вычислений на основе света для снижения энергопотребления от приложений криптовалюты и блокчейна. Устройство описано в журнале Optica. Исследователи из Стэнфордского университета разработали фотонную интегральную схему LightHash, которая генерирует фотонную цепочку блоков для майнинга (добычи) криптовалюты и ведения смарт-контрактов на основе блокчейна.

Масштабирование технологии может привести к десятикратному снижению энергопотребления по сравнению с лучшими современными электронными процессорами, показывает моделирование.

LightHash использует кремниевую фотонику для снижения энергопотребления при сохранении высокого уровня безопасности. Разработка основана на предыдущей версии фотонной схемы HeavyHash, разработанной этой же командой и в настоящее время используемой отдельными криптовалютными сетями.

Для безопасного создания биткойна или эксплуатации его вычислительной сети требуется вычисление хэш-функции, например, SHA256 или Heavyhash, для преобразования входных данных в одно выходное число способом, который слишком сложен для отмены, объясняют инженеры. Именно это шифрование составляет основную часть энергопотребления при майнинге криптовалют.

Принцип работы LightHash. Иллюстрация: Sunil Pai et al., Optica

Исследователи модифицировали Heavyhash для работы с совместно разработанным кремниевым фотонным чипом, несущим сеть программируемых интерферометров 6×6. Анализ показал, что такая модификация позволяет проводить низкоэнергетическую оптическую обработку матричных умножений, которая составляет основу вычисления хэш-функции, с сохранением точности и снижением восприимчивости к аппаратным ошибкам. .em

Чтобы оценить возможность использования LightHash для умножения матриц, исследователи построили оптическую установку для контроля и отслеживания распространения света путем настройки нагревательных элементов и отображения пятен решетки на инфракрасной камере. Они внедрили алгоритм устранения ошибок и установили критерии осуществимости для масштабирования технологии. Результаты эксперимента подтвердили расчетную эффективность технологии.

По сути, мы разработали способ использования аналоговых оптических схем для выполнения операций умножения практически с нулевым рассеиванием мощности, но достаточно точным для использования в схеме цифрового шифрования, – Сунил Пай, один из авторов разработки.

Исследователи отмечают, что для достижения LightHash значительного преимущества перед цифровыми аналогами, фотонную схему необходимо масштабировать до 64 входов и выходов. Они продолжат работу над масштабированием и оптимизацией энергопотребления в фотонной схеме.