Kun tekoälyn energianhimoinen muuttuu kriisiksi, NTT Research panostaa valoon

NTT Researchin Physics & Informatics Lab -tutkimuslaitoksen johdonvaihdos, joka ilmoitettiin tänään, 15. huhtikuuta 2026, tapahtuu ratkaisevassa vaiheessa, jolloin valofotoniikan tarve on voimakkaimmillaan.

NTT Research, joka on Japanin suuren puhelinoperaattorin NTT:n tutkimusyksikkö Silicon Valleyssä, ilmoitti, että tohtori Tetsuomi Sogawa aloittaa tutkimuslaitoksen uutena johtajana 1. toukokuuta seuraavassa kuussa. Hän seuraa lähtevää johtajaa, tohtori Yoshihisa Yamamotota, joka on luonut Sunnyvaleen, Kaliforniaan, yhden maailman arvostetuimmista valofotoniikan tutkimuskeskuksista.

Ilmoitus tehtiin NTT:n vuosittaisessa tutkimus- ja innovaatio konferenssissa Upgrade 2026, joka järjestetään 15.-16. huhtikuuta Silicon Valleyssä.

“PHI Lab -tutkimuslaitoksen tutkimus, joka on saavuttanut hyvän vauhtia viimeisen seitsemän vuoden aikana, jatkuu pääosin samalla linjalla laajasta näkökulmasta. Tohtori Sogawan vahvan tutkimushallinnon taustan ansiosta odotan, että PHI Lab -tutkimuslaitoksen tutkimus kiihtyy uuden johdon alla”, sanoi NTT Researchin toimitusjohtaja ja toimitusjohtaja Kazu Gomi Upgrade 2026 -konferenssin avajaisissa.

Nimitys tapahtuu, kun tekoälyteollisuus kohtaa syventyvän energiakriisin. Kansainvälinen energiajärjestö ennustaa, että maailmanlaajuinen tietokeskuksien sähkönkulutus ylittää 1 000 TWh:n vuoden 2026 loppuun mennessä – määrä, joka vastaa Japanin koko vuosittaisen sähkönkulutusta.

“PHI Lab -tutkimuslaitoksen fokus on käyttää fysiikkaa – yksinkertaisesti sanottuna – korvaamaan digitaalinen laskentaplatfroma, josta kaikki ovat tietoisia, uusilla fysiikkaan perustuvilla laskentaplatfromeilla. Yksi helpoimmista asioista, joita voimme kuvitella, on optiikkaan perustuva kvanttitietokone”, Gomi lisäsi.

Yhdysvaltain tietokeskukset kuluttivat yksin 183 terawattituntia sähköä vuonna 2024, mikä vastaa yli 4 % maan koko sähkönkulutuksesta – noin sama kuin koko Pakistanin vuosittainen sähkönkulutus – ja tämä määrä on ennustettu kasvavan 133 %:lla vuoteen 2030 mennessä.

Tähän kriisiin astuu Sogawa, joka on tutkija, joka on viettänyt yli kolme vuosikymmentä NTT:n ydin tutkimusyksikössä kehittäen valoteknologioita, joita NTT uskoo voivan toimia rakenteellisena vaihtoehtona energianhimoinen piirilevyille.

Hänen tehtävänsä, Gomin sanojen mukaan, on “tuoda valo kvanttitutkimuksista todellisuuteen”.

Perustajan aikakausi päättyy

Yamamoto ei ole tavallinen lähtevä johtaja; hän on uranuurtaja valofotoniikan tutkimuksessa ja optisen vahvistimen toistojärjestelmän kehittämisessä 1970- ja 1980-luvuilla, ja myöhemmin hän kehitti koherentin Ising-koneen (CIM) – erityistarkoituksiin suunnitellun valotietokoneen, joka on suunniteltu ratkaisemaan monimutkaisia yhdistelmäoptimoimisongelmia. Hänen uransa seuraa modernin valofotoniikan historiaa, ja laboratorio, jonka hän on rakentanut, heijastaa tämän syvyyttä.

Lisäksi lähtevän johtajan kunniamerkkejä ovat Charles Hard Townes -mitali, IEEE PS Quantum Electronics -palkinto, Okawa-palkinto ja Japanin hallituksen Purple Ribbon -mitali.

Vuodesta 2019 lähtien PHI Lab on julkaissut yli 150 tutkimusartikkelia, joista viisi on ilmestynyt Naturessa, yksi Science -lehdessä ja kaksikymmentä Naturen sisarjulkaisuissa – merkittävä julkaisutahti mille tahansa tutkimuslaitokselle, ei vain yrityksellä.

Siirtyminen Sogawaan ei ole vain henkilöstömuutos – se on sukupolvenvaihdos, jossa viesti on valon voimaan perustuva laskenta sähköisen sijasta.

Energiaseinä

Ymmärtääkseen, miksi tämä nimitys on merkittävä tutkimusyhteisön ulkopuolella, on hyvä tarkastella, mitä piirilevyjen perustuva tekoälyinfrastruktuuri on tehnyt maailmanlaajuisiin sähköverkkoihin vain muutamassa vuodessa.

Vuoden 2025 lopussa tekoälytietokeskukset käyttivät noin 29,6 gigawattia sähköä maailmanlaajuisesti – vastaava määrä kuin New Yorkin osavaltion huippusähkönkulutus. Samalla Stanfordin yliopiston tekoälyindeksi 2026 raportoi, että maailmanlaajuinen tekoälylaskentakapasiteetti on kasvanut noin 3,3-kertaisesti vuodessa, mikä ajaa hallitukset ja teknologiayritykset etsimään uusia energialähteitä.

Microsoft on allekirjoittanut 2 gigawatin ydinvoimayhteistyön; Amazon on hankkinut laajamittaisen aurinkoenergian Texasiin; ja kuitenkin Virginian verkkopäälliköt – maailman suurimman tietokeskuksen markkinan koti – ovat antaneet virallisia kapasiteetin varoituksia vuoteen 2028 asti, ja Pohjois-Virginia on käytännössä lopettanut uudet tietokeskuksen lupahakemukset.

Perusongelma on laitteiston puolella: vuosien 2021 ja 2024 välillä tietokeskuksien hyllyrackien keskimääräinen sähkönkulutus yli kaksinkertaistui. Vuodesta 2025 lähtien tekoälykiihdyttimien, kuten NVIDIA GB200 Superchipin, kaupallinen käyttöönotto on ajanut hyllyrackien tiheyttä yli 50 kW:een ja jopa yli 100 kW:een joissakin tapauksissa – mikä tekee perinteisen ilmajäähdytyksen vanhentuneeksi ja edellyttää siirtymistä tehokkaampiin jäähdytysjärjestelmiin.

Perinteinen CMOS-pohjainen laskenta on saavuttamassa skaalautumisrajojaan ja kamppailee vastaamaan näitä valtavia vaatimuksia hiilineutraalilla tavalla, korostaen tarvetta vaihtoehtoisille laitteistoille. Valofotoniikka on kuitenkin nousussa lupaavana vaihtoehtona energiatehokkaiden laskentakapasiteettien ansiosta valotaajuusalueella, Naturen tutkijoiden mukaan.

Kysymys on, voivatko fotoniikka siirtyä lupaavista vaihtoehdoista käyttöön otettuihin infrastruktuureihin tarpeeksi nopeasti, jotta se merkitsisi jotain.

Mitä PHI Lab todella tekee

PHI Lab -tutkimuslaitoksen työ sijoittuu kvanttitiedon tutkimuksen, neurotieteen ja valofotoniikan risteykseen – epätavalliseen yhdistelmään, joka heijastaa vakaumusta, että seuraava laskentaparadigma ei muistuta nykyistä.

Kaksi tutkimuksen lanka on erityisen keskeistä laboratorion identiteetille ja kaupallisen merkitykselle: CIM ja ohutkalvo-litiumniobaatti (TFLN).

Toisin kuin nykyiset tietokoneet, jotka ratkaisevat ongelman kerrallaan, CIM käyttää optisten parametrinen oskillaattorien verkkoa ratkaisemaan kaiken kerran, mikä tekee siitä hyvin soveltuvan laskelmille, joissa on suuri määrä muuttujia – sellaisia, jotka muodostavat lääkekehityksen, logistiikan optimoinnin ja rahoituksen mallinnuksen perustan.

Tutkimus on osoittanut, että kokeellinen CIM saavutti monimutkaisen optimointiongelman benchmark-kohteen 70 mikrosekunnissa, kun taas nykyaikainen CPU vaati 2,1 millisekuntia saavuttaakseen saman kohteen – noin 30-kertaisen nopeuden etu ilman murto-osaan sähkönkulutuksesta.

Toisaalta TFLN:n epälineaariset ominaisuudet avaavat uusia mahdollisuuksia, kun piirilevyjen rajoitukset tulevat ilmi: kun CIM aiemmin vei laboratoriopöydän, TFLN-piirit sallivat koko koneen valostruktuurin olla yhdellä valofotoniikka-prosessorilla.

Joulukuussa 2025 PHI Lab julkaisi tuloksia, jotka osoittivat valoprosessorin, joka perustui litiumniobaatti-levyohjaimelle, tarjosi noin 10 000 ohjelmoitavaa avaruutta ja pystyi suorittamaan kaikki valo verkkojohtoa yhdellä kertaa.

“Laite on ensimmäinen laatuaan, joka sallii meidän piirtää minkä tahansa valosirkuitin ja piirtää sen silmänräpäyksessä”, tohtori Martin Stein, NTT Researchin post doc -tutkija, totesi.

Erillinen tutkimus, jossa osallistuivat MIT:n ja PHI Lab -tutkijat, julkaisi työn Netcastista ja valo-ohjatusta syvän neuroverkon arkkitehtuurista, jossa asiakkaan puoleinen energiankulutus voisi laskea kolme kertaa alle nykyisten digitaalisten puolijohteiden mahdollistama.

Soihtu kantaja

Sogawa liittyi NTT Basic Research Laboratoriesiin vuonna 1991 ja työskenteli puolijohteiden kvanttitutkimuksessa, ja eteni järjestössä – nimitettiin NTT-BRL:n johtajaksi vuonna 2013 ja NTT Science and Core Technology Laboratory Groupin johtajaksi vuonna 2018, jaossa useat IOWN:n perusteknologiat kehitettiin alun perin.

IOWN – NTT:n Innovative Optical and Wireless Network -initiatiivi on yhtiön pitkän aikavälin veto, että tulevaisuuden viestintäinfrastruktuuri on valo, ei elektroniikkaa. NTT sanoo, että sen IOWN-valofotoniikka-alusta voi vähentää tietoliikenneverkkojen sähkönkulutusta sataanosaan nykyisestä tasosta samalla, kun se lisää datankäsittelykapasiteettia ja vähentää viiveitä.

NTT on nyt yhteistyössä piirilevyvalmistaja Broadcomin ja muiden kanssa valofotoniikan ja elektroniikan yhdistämisen toisen sukupolven kaupallistamiseksi vuonna 2026, ja tiekartan, joka ulottuu valo-internship-yhteyksiin vuodesta 2028 ja piirien yhteyksiin vuodesta 2032.

Sogawa oli keskeinen tekijä, joka teki tämän tiekartan teknisesti uskottavaksi, erityisesti työskennellessään ultra-alhaisen tehon valo-transistoreiden parissa, jotka käyttävät valofotoniikkaa. Hän toimii myös Japanin kolmannen Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program (SIP3) -ohjelman ohjelmajohtajana, jossa hänen tehtävänsä on kääntää akateeminen tutkimus käyttöön otettavaksi innovaatioksi – täsmälleen se aukko, jonka PHI Lab on nyt paineessa sulkea.

“Uraani on perustunut vakaumukseen, että todella merkittävä tekninen innovaatio alkaa ideasta – teoriasta, jota voidaan perustellusti testata, parantaa ja testata uudelleen ajan myötä”, Sogawa sanoi ilmoituksessa. Hän kutsui PHI Labia “tämän vakaumuksen ilmentymäksi” ja kiitti Yamamotota siitä, että hän oli tarkkaan koonnut ja edistänyt tiimin työtä.

Japanin suurempi peli

Sogawan nimitys sopii myös laajempaan geopolitiikkaan. Japani etenee huoneenlämpötilan kvanttitietokoneen strategiaa, joka perustuu valoon eikä sähköön – ja esittää sen yksinkertaisempana ja energiatehokkaampana reitiksi, kun taas Yhdysvallat ja Kiina rakentavat yhä monimutkaisempaa laitteistoa, joka perustuu syvän kriogenisen jäädytyksen ja eksoottisten materiaalien käyttöön.

NTT, joka työskentelee kvanttitutkija OptQC:n kanssa, asettaa valofotoniikan teknologioita kaupallisten kvanttipohjaisen alustojen kehittämisen poluksi, jotka voivat skaalautua ilman nykyisten järjestelmien raskasta infrastruktuuria.

Sogawan nimityksen, IOWN:n kaupallistamisajankohdan ja Japanin kansallisen innovaatioagendaan sopiminen ei ole sattumaa; NTT asettaa itsensä valon perustuvan laskennan siirtymisen globaaliksi standardoijaksi – ja PHI Lab on sen näkyvin tutkimusrintama tässä pyrkimyksessä.

Mitä seuraavaksi?

Sogawan välittömänä tehtävänä on syventää laboratorion tutkimusta lineaarisista ja epälineaarisista valofotoniikka laitteista ja lisätä yhteistyötä NTT:n kansainvälisen tutkimusverkoston kanssa, jotta perustutkimus voidaan siirtää kohti todellista käyttöönottoa.

Aikakaudella, jolloin tekoälyyritykset allekirjoittavat ydinvoimayhteistyön vain voidakseen pitää tietokeskuksensa toiminnassa, valofotoniikan tarjous – nopeampi, viileämpi, radikaalisti energiatehokkaampi – on siirtynyt akateemisesta utopiasta todelliseksi teolliseksi kiireellisyydeksi.

PHI Lab -tutkimuslaitos on rakentanut tieteellisen uskottavuuden Yamamoton johdolla. Sogawan johdolla paine on nyt siirtynyt muuttaa se joksikin, mihin maailma voi todella kytkettyä.