DARPA sfida i limiti della fotonica per l'IA: al via il programma PICASSO

La DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha annunciato il lancio di PICASSO (Photonic Integrated Circuit Architectures for Scalable System Objectives), un programma ambizioso volto a superare le limitazioni fisiche fondamentali che attualmente ostacolano lo sviluppo delle architetture di calcolo fotoniche. L'obiettivo è sfruttare appieno i vantaggi intrinseci della fotonica, come la bassa latenza e il consumo energetico estremamente ridotto, per applicazioni avanzate come l'intelligenza artificiale.

Attualmente, le architetture fotoniche soffrono di diverse problematiche. Tra queste, l'attenuazione del segnale ottico, la difficoltà di amplificare il segnale utile senza amplificare anche il rumore, le interferenze parassite, la dispersione, i riflessi, i fenomeni di risonanza e l'instabilità delle caratteristiche durante la produzione di massa. A questi si aggiunge la deriva dei parametri al di fuori delle specifiche a causa di fattori ambientali come la temperatura.

Questi limiti hanno confinato i chip fotonici moderni a eseguire solo operazioni lineari semplici e poco profonde. Per calcoli più complessi, è necessario convertire ripetutamente il segnale luminoso in segnale elettrico e viceversa, annullando i vantaggi teorici delle architetture fotoniche, almeno nelle implementazioni ibride.

Per affrontare queste sfide, DARPA invita sviluppatori e aziende a proporre nuove architetture fotoniche a livello di circuito che aggirino le limitazioni fisiche esistenti. L'aspetto cruciale è che queste architetture devono utilizzare componenti fotonici già disponibili sul mercato, evitando la necessità di sviluppare nuovi materiali o dispositivi. L'obiettivo finale è ottenere un funzionamento prevedibile di circuiti fotonici di grandi dimensioni, aprendo la strada al loro utilizzo in applicazioni di IA e altri campi che richiedono un'elevata intensità di calcolo. Si pensi, ad esempio, all'elaborazione di immagini ad alta risoluzione in tempo reale, alla simulazione di modelli complessi o all'addestramento di reti neurali di grandi dimensioni.

Il programma PICASSO è strutturato in due fasi, ciascuna della durata di 18 mesi. Il budget complessivo stanziato è di circa 35 milioni di dollari. Le domande di partecipazione sono aperte fino al 6 marzo 2026. La prima fase del programma è dedicata alla dimostrazione della fattibilità delle soluzioni proposte. La seconda fase, invece, si concentrerà sulla creazione di soluzioni funzionali e prototipi.

DARPA esprime fiducia nella possibilità di superare le sfide attuali, traendo ispirazione dal successo ottenuto in passato dagli ingegneri dei circuiti elettronici. Questi ultimi sono stati in grado di creare architetture elettroniche affidabili e stabili partendo da componenti di base. L'agenzia ritiene che lo stesso approccio possa essere applicato con successo anche ai circuiti fotonici, aprendo nuove frontiere nel campo dell'informatica e dell'intelligenza artificiale. Il successo del programma PICASSO potrebbe portare a computer molto più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico, con un impatto significativo su una vasta gamma di settori.