Esquema de computación basado en luz para reducir la energía necesaria para extraer criptomonedas

Los investigadores han desarrollado un nuevo esquema informático basado en la luz que utiliza un circuito integrado fotónico para reducir la energía necesaria para las aplicaciones de criptomonedas y blockchain. La minería de criptomonedas como Bitcoin, un proceso de verificación de transacciones y adición de nuevas criptomonedas a la cadena de bloques, consume hasta el 1 % de la energía mundial. Se espera que este gasto de energía crezca a medida que las aplicaciones de criptomonedas y blockchain se vuelvan cada vez más comunes.

Las criptomonedas son monedas digitales creadas mediante algoritmos de encriptación. Estas monedas alternativas requieren una cadena de bloques, un tipo de libro de contabilidad digital que registra información, como transacciones, de una manera que es difícil o imposible de cambiar o piratear.

«Actualmente, la minería de criptomonedas solo es accesible para aquellos que tienen acceso a energía con grandes descuentos, por debajo de $ 0,05/kWh», dijo el primer autor Sunil Pai, quien realizó la investigación en Stanford y ahora está en la empresa de computación cuántica PsiQuantum. «Nuestros chips de baja energía harán posible que personas de todo el mundo participen en la minería de manera rentable».

En Óptica los investigadores detallan su nuevo esquema llamado LightHash, que utiliza un circuito fotónico integrado para crear una cadena de bloques fotónica. Con un mayor desarrollo, los investigadores predicen que este enfoque, si se implementa a gran escala, podría producir una mejora de aproximadamente diez veces en el uso de energía en comparación con los mejores procesadores electrónicos digitales modernos. David AB Miller codirigió el equipo de investigación de la Universidad de Stanford con Shanhui Fan y Olav Solgaard.

«Nuestro enfoque de la cadena de bloques fotónica también podría usarse para aplicaciones más allá de las criptomonedas, como la transferencia segura de datos para registros médicos, contratos inteligentes y votaciones», dijo Pai. «Este trabajo allana el camino para la computación óptica de bajo consumo de energía que, en última instancia, puede reducir el consumo de energía de los centros de datos».

Minería más ecológica con fotónica de silicio

Las crecientes preocupaciones sobre la gran cantidad de energía necesaria para extraer criptomonedas han provocado que algunas de las más populares, como Ethereum, cambien a esquemas no probados y potencialmente inseguros para minimizar su huella de carbono.

Para encontrar un enfoque más ecológico manteniendo un alto nivel de seguridad, Pai y sus colegas utilizan fotónica de silicio para reducir los requisitos de energía de las redes de criptomonedas. LightHash mejora un esquema que el equipo desarrolló anteriormente llamado HeavyHash que se usa actualmente en redes de criptomonedas como Optical Bitcoin y Kaspa.

«La principal motivación para LightHash fue la alta sensibilidad de HeavyHash a los errores de hardware», dijo Pai. «Dado que las computadoras analógicas, incluidas las fotónicas, luchan por lograr bajas tasas de error, diseñamos LightHash para mantener todas las propiedades de seguridad de HeavyHash, al tiempo que mejoramos su robustez ante errores».

La creación segura de Bitcoin o la operación de su red informática requiere el cálculo de una función hash como SHA256 o Heavyhash para transformar los datos de entrada en un solo número de salida de una manera que es demasiado compleja para deshacerse, lo que representa la mayor parte del uso de energía de Bitcoin. En el nuevo trabajo, los investigadores modificaron Heavyhash para que funcione con un chip fotónico de silicio codiseñado que lleva una red de interferómetros programables de 6×6. Esto permitió el procesamiento óptico de baja energía de las multiplicaciones de matrices, que constituye la mayor parte del cálculo en Lighthash.

Para evaluar la viabilidad de usar LightHash para la multiplicación de matrices, los investigadores construyeron una plataforma óptica para controlar y rastrear la propagación de la luz ajustando los elementos calefactores e imágenes de puntos de rejilla en una cámara infrarroja. También implementaron un algoritmo de mitigación de errores y establecieron criterios de viabilidad para escalar la tecnología.

Cálculo preciso y de menor potencia

Los resultados experimentales logrados con el chip fotónico de silicio coincidieron con los obtenidos utilizando predicciones de error simuladas. «Nuestros resultados sugieren que LightHash se puede calcular de manera factible a escala utilizando la tecnología actual de chips fotónicos de silicio», dijo Pai. «Esencialmente, hemos ideado una forma de usar circuitos ópticos analógicos para realizar multiplicaciones con una disipación de energía cercana a cero, pero con la precisión suficiente para usar en un esquema de cifrado digital».

Para que LightHash demuestre ventajas considerables sobre los equivalentes digitales, debe escalarse hasta 64 entradas y salidas. Los investigadores también están trabajando para reducir aún más el consumo de energía mediante el diseño de elementos de sintonización electromecánicos de baja potencia y convertidores energéticamente eficientes para convertir las señales ópticas en señales eléctricas.

Dicen que debido a que el nuevo chip acelera la multiplicación de matrices, la operación más intensiva desde el punto de vista computacional para las aplicaciones de IA, también podría ayudar a que el entrenamiento y la aplicación de redes neuronales fotónicas sean más eficientes energéticamente en comparación con las implementaciones digitales convencionales.

«Será interesante ver cómo evoluciona la tecnología de las criptomonedas y en qué medida la fotónica puede contribuir al papel cada vez más importante de los libros de contabilidad descentralizados en la sociedad actual», dijo Pai.