Mendobrak Penghalang Data: Material Baru Meningkatkan Kecepatan AI
Para peneliti di KIT mengatasi tantangan yang ditimbulkan oleh pesatnya pertumbuhan volume data dan tuntutan teknologi AI melalui proyek ATHENS.
Dewan Riset Eropa (ERC) telah memberikan Hibah Sinergi untuk proyek penelitian ATHENS, yang dipimpin oleh Profesor Christian Koos dan Stefan Bräse dari Institut Teknologi Karlsruhe (KIT). Proyek ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi energi sistem komunikasi optik, mengatasi meningkatnya kebutuhan transmisi data berkecepatan tinggi yang didorong oleh kecerdasan buatan (AI) aplikasi. Dengan komitmen pendanaan enam tahun sebesar €14 juta (~$15 juta), proyek ini juga akan memanfaatkan fasilitas di Pusat Optik dan Fotonik Karlsruhe (KCOP), yang dijadwalkan dibuka pada tahun 2025.
Tantangan Pertumbuhan Data
Peningkatan volume data yang pesat menimbulkan tantangan yang signifikan bagi teknologi informasi dan komunikasi. Melatih model bahasa besar untuk aplikasi AI sangatlah menuntut, membutuhkan sumber daya komputasi yang besar dan komunikasi yang efisien antara ribuan prosesor dalam sistem komputasi paralel.
Transceiver optik sangat penting dalam proses ini, mengubah data listrik menjadi sinyal optik yang bergerak dengan cepat dan efisien melalui serat kaca atau pandu gelombang. Secara tradisional, komponen silikon telah digunakan untuk konversi ini, namun kini komponen tersebut kesulitan memenuhi permintaan data yang terus meningkat. Selain itu, transceiver saat ini mengonsumsi energi dalam jumlah besar, sehingga berkontribusi terhadap tingginya emisi CO2 yang terkait dengan teknologi AI.
Inovasi dalam Transceiver Optik
Proyek ATHENS menyelidiki sistem material baru dan komponen untuk konversi sinyal elektronik ke optik. “Tujuan kami adalah membuat transceiver tidak hanya lebih bertenaga namun juga lebih efisien sehingga kecepatan transmisi data yang lebih tinggi dapat dicapai dengan konsumsi energi yang sama atau bahkan lebih rendah,” kata Profesor Christian Koos dari Institute of Photonics and Quantum Electronics dan Institute of Teknologi Struktur Mikro di KIT.
“Dengan pendanaan dari ERC Synergy Grant, kami kini dapat melaksanakan seluruh proyek ATHENS, mulai dari pemilihan bahan yang sesuai hingga simulasi molekul organik dan sistem transmisi kerja di laboratorium.”
Pendekatan Hibrid dalam Ilmu Material
Tim beranggotakan empat orang, selain Koos termasuk Profesor Stefan Bräse dari Institut Kimia Organik dan Institut Sistem Biologi dan Kimia di KIT, Profesor Carsten Ronning dari Universitas Friedrich Schiller Jena, dan Profesor Tobias Kippenberg dari Institut Federal Swiss Teknologi di Lausanne, mengambil pendekatan hibrida dengan menggabungkan silikon dengan bahan lain.
“Komponen silikon tidak mahal dan tersedia dalam jumlah besar, namun kemampuan optiknya terbatas. Untuk mengimbangi keterbatasan ini sambil terus menikmati manfaat silikon, kami menggabungkan silikon dengan sistem material lainnya,” kata Koos.
Salah satu pendekatan yang sedang diuji oleh tim adalah penggunaan bahan organik, yaitu senyawa berbasis karbon. “Kami dapat mensimulasikan molekul-molekul ini di komputer sebelum memproduksi bahan dengan karakteristik yang kami inginkan di laboratorium dan kemudian mencetaknya pada wafer silikon,” kata Bräse.
Metode lain melibatkan penggabungan chip fotonik silikon dengan chip lain untuk membentuk platform material tambahan, misalnya platform kristal-on-isolator di mana lapisan monokristalin tipis ditempatkan pada substrat insulasi untuk kemudian diproses menjadi komponen optik.
Pendanaan Meningkatkan Posisi KIT dalam Fotonik
“Kemajuan pesat dalam kecerdasan buatan merupakan tantangan besar bagi sektor teknologi informasi. Solusi yang layak perlu ditemukan dengan cepat,” kata Profesor Oliver Kraft, Wakil Presiden Riset di KIT. “Saya senang bahwa dengan ATHENS, Dewan Riset Eropa mendanai proyek yang menghubungkan ilmu material dan teknologi informasi. Penelitian ini meningkatkan posisi luar biasa KIT di bidang fotonik, yang akan semakin berkembang seiring selesainya Pusat Optik dan Fotonik Karlsruhe (KCOP).”
Manfaat Teknologi Kuantum dan Teknik Medis
Selain model AI, sistem material hibrid untuk transceiver juga dapat digunakan dalam teknologi kuantum dan teknik medis, misalnya pada sensor untuk perangkat yang dapat dikenakan atau dalam aplikasi laboratorium optik pada chip untuk menganalisis sampel darah.
Hibah Sinergi ERC
Dengan Hibah Sinerginya, Dewan Riset Eropa mendanai tim peneliti yang menjanjikan. Hibah ini ditujukan untuk proyek-proyek yang hanya mungkin terwujud melalui kolaborasi antar ilmuwan yang ditunjuk dan akan menghasilkan penemuan-penemuan pada antarmuka antara disiplin ilmu yang sudah mapan dan kemajuan signifikan di garis depan pengetahuan. Pada tahun 2024, terdapat 548 permohonan hibah yang diajukan. ERC memilih 57 proyek untuk Sinergi Hibah. Jerman terlibat dalam 34 proyek terpilih, yang sejauh ini merupakan jumlah tertinggi. Ini adalah keempat kalinya Hibah Sinergi ERC yang bergengsi diberikan kepada para peneliti KIT.
