AI đã làm thế giới kinh ngạc với khả năng tạo ra hình ảnh, văn bản và thậm chí cả âm nhạc. Nhưng đằng sau sự kỳ diệu đó là một chi phí khổng lồ ít ai biết.

Việc huấn luyện và vận hành các hệ thống GenAI tiên tiến nhất hiện nay tiêu thụ một lượng lớn điện năng, tạo ra lượng khí thải carbon đáng kể, và sử dụng lượng nước đáng kể để làm mát các trung tâm dữ liệu khổng lồ. Câu hỏi đặt ra là liệu công nghệ này có thể duy trì tính bền vững khi nhu cầu tiếp tục tăng hay không.

Một nhóm nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Samueli thuộc UCLA đã tìm ra giải pháp đánh đổi sự tiêu tốn năng lượng của siêu máy tính lấy sự tinh tế và tốc độ của ánh sáng. Mô hình GenAI quang học mới sử dụng quang tử học để tạo hình ảnh theo cách có thể giảm đáng kể dấu chân môi trường của AI.

Thay vì dựa vào hàng tỷ phép tính kỹ thuật số lặp đi lặp lại để tạo ảnh, phương pháp này tạo điều kiện để ánh sáng xử lý hầu hết công việc. Aydogan Ozcan, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Bằng cách loại bỏ nhu cầu tính toán kỹ thuật số lặp đi lặp lại trong quá trình suy luận hình ảnh, các mô hình tạo sinh quang học mở ra cánh cửa cho các hệ thống AI tạo ảnh tức thời, tiết kiệm năng lượng.”

Cốt lõi của hệ thống là sự phối hợp đơn giản nhưng khéo léo giữa một bộ mã hóa kỹ thuật số nhỏ và một bộ giải mã quang học. Phần kỹ thuật số chuyển đổi nhiễu ngẫu nhiên thành một "bản đồ pha", sau đó được hiển thị trên một bộ điều biến ánh sáng không gian. Bản đồ đó chỉ dẫn cho ánh sáng cách uốn cong, tán xạ, hoặc dịch chuyển khi đi qua hệ thống. Khi ánh sáng đi qua bộ giải mã quang học được thiết kế đặc biệt, một hình ảnh sẽ xuất hiện trên cảm biến.

Cơ chế này đạt được hiệu quả vượt trội vì công việc nặng nhọc được thực hiện bởi cơ chế vật lý của ánh sáng thay vì mạch điện tử. Quá trình này diễn ra nhanh đáng kinh ngạc: Giai đoạn quang học chỉ mất chưa đầy một nano giây. Các nhà nghiên cứu gọi đây là "tạo ảnh tức thời”, vì một hình ảnh hoàn chỉnh được tạo ra chỉ trong một lần lóe sáng.

Điều khiến sự phát triển này trở nên đặc biệt thú vị là tiềm năng của nó trong việc giảm gánh nặng môi trường của AI. Các hệ thống tạo sinh truyền thống đòi hỏi siêu máy tính phải chạy trong thời gian dài, tiêu thụ lượng điện năng khổng lồ và đòi hỏi các hệ thống làm mát tốn nhiều nước.

Bằng cách chuyển quá trình tạo sinh sang cơ chế quang học, phương pháp của nhóm nghiên cứu UCLA đã tránh được phần lớn nhu cầu điện năng. Trong một lần thực hiện trình diễn, hệ thống quang học của họ đã tái tạo tác phẩm nghệ thuật theo phong cách Van Gogh chỉ trong một bước trên mỗi kênh màu, so với 1.000 bước cần thiết bởi một mô hình khuếch tán kỹ thuật số. Hình ảnh có chất lượng tương đương, nhưng chi phí năng lượng chỉ bằng một phần nhỏ của phương pháp truyền thống. 

Mô hình quang học nhỏ gọn, công suất thấp này có thể được lồng ghép vào kính thông minh, thực tế ảo hoặc thiết bị di động. Chúng có thể kích hoạt AI theo thời gian thực mà không làm hao pin hoặc yêu cầu kết nối đám mây liên tục.

Điều quan trọng nhất là công nghệ này cho thấy một con đường để mở rộng quy mô AI theo cách không gây tổn hại đến hành tinh. Nghiên cứu đã chỉ ra một tương lai nơi AI hiệu suất cao và tính bền vững đi đôi với nhau.