5 Minutės
Nauja šviesa varoma skaičiavimo paradigma
Microsoft ir partnerių institucijų mokslininkai pademonstravo veikiantį analoginį optinį kompiuterį (AOC), sprendžiantį konkrečias dirbtinio intelekto ir optimizacijos problemas naudodamas šviesą vietoje tradicinių elektroninių tranzistorių. Nors ekspertai pažymi, kad šis požiūris nėra skirtas pakeisti bendros paskirties skaitmenines mašinas, AOC pasižymi perspektyva tapti itin energetiškai efektyviu pagreitinimu specializuotoms užduotims, tokioms kaip mašininio mokymosi inferencija, vaizdų rekonstrukcija ir apribotos optimizacijos uždaviniai.
Kaip veikia AOC ir „skaitmeninio dvynio“ vaidmuo
Sistema sujungia fizinį fotoninį įrenginį su papildoma programine replika — „skaitmeniniu dvyniu“, kuris silicio lygiu modeliuoja optinio įrenginio elgseną. Ši hibridinė strategija leidžia inžinieriams išbandyti ir mastuoti eksperimentus programinėje įrangoje prieš juos perkeliant į aparatūrą, taip sprendžiant sudėtingesnes užduotis nei ką gali dabartinis prototipas.
„Skaitmeninis dvynys leidžia mums dirbti su žymiai didesnėmis problemomis nei pats instrumentas šiuo metu gali spręsti“, — projekte priminė Michael Hansen, vyresnysis biomedicininio signalų apdorojimo direktorius Microsoft Health Futures. Dvynys suteikia galimybę simuliuoti gerokai daugiau kintamųjų ir turtingesnius algoritmų srautus, o tai pagreitina tolimesnę AOC masinę plėtrą.
Pradiniai etalonai: vaizdų klasifikacija ir MRT rekonstrukcija
Norėdami patikrinti koncepciją, tyrėjai vykdė įprastus mašininio mokymosi uždavinius, pavyzdžiui, vaizdų klasifikaciją, tiesiogiai ant fizinio AOC. Paprastoms užduotims pasiekti našumas buvo apytiksliai lygus tradiciniam skaitmeniniam kompiuteriui. Tačiau mokslininkai teigia, kad priėmus mastus — pridedant daugiau micro-LED kanalų ir optinių komponentų — AOC gali įgyti rimtą pranašumą energijos efektyvumo srityje sprendžiant dideles problemas.
Pasitelkus skaitmeninį dvynį, tyrėjai demonstravo įtikinamą medicininį atvejį: atkūrė 320 × 320 pikselių smegenų MRT vaizdą naudojant tik 62,5 % pradinio matavimo duomenų. Modelis tiksliai reproducavo diagnostinį vaizdą, kas leidžia tikėtis trumpesnio MRT nuskaitymo laiko ir mažesnio paciento įsipareigojimo ilgiems tyrimams.
Optimizacijos bandymai: finansinis atsiskaitymas ir rizikos minimizavimas
Be vaizdų apdorojimo ir klasifikacijos, AOC architektūra buvo pritaikyta rinkinių finansinių optimizacijos uždavinių. Bandymuose simuliuotos efektyvios lėšų apykaitos tarp kelių šalių su grupinės rizikos minimizavimu — tai tipinės iššūkiai atsiskaitymo centrams ir didelėms finansinėms tinklams. Tokiuose scenarijuose AOC metodas pasiekė didesnį sėkmės rodiklį nei kai kurie esami kvantiniai prototipai, pabrėždamas fotoninio analoginio skaičiavimo potencialą kombinatorinei optimizacijai ir operacijų tyrimams.
Produkto ypatybės ir techniniai akcentai
- Analoginiai optiniai skaičiavimai su erdvės šviesos moduliacija ir micro-LED masyvais.
- Hibridinė architektūra su mastomu skaitmeniniu dvyniu simuliacijoms ir didesnių uždavinių sprendimui.
- Prototipo lygmuo pariteto su skaitmeniniais kompiuteriais mažose ML užduotyse ir reikšmingi efektyvumo laimėjimai modeliuojant didesnius atvejus.
- Pademonstruotos taikymo sritys: vaizdų klasifikacija, retų MRT duomenų rekonstrukcija ir kelių šalių finansų optimizacija.
Privalumai ir apribojimai
Tarp privalumų — ženklus energetinio efektyvumo potencialas tankiems, masiškai paralelinams darbams, sumažintas delsos laikas specifinėms inferencijos užduotims ir perspektyvūs rezultatai rekonstrukcijos bei optimizacijos srityse. Dabartiniai apribojimai yra aiškūs: AOC yra prototipas, pritaikytas nišinėms problemų klasėms, o ne universalus procesorius. Kaip pažymėjo UCLA optinio skaičiavimo tyrėjas Aydogan Ozcan, kuris nebuvo susijęs su tyrimu, ši technologija labiausiai tinka konkrečioms AI ir optimizacijos užduotims, o ne bendros paskirties skaičiavimams.
Palyginimas: fotoninis analogas prieš skaitmeninius ir kvantinius metodus
Priešingai tradiciniams CPU ir GPU, analoginiai optiniai procesoriai gali pasinaudoti fizikos dėsningumais, kad kai kurias tiesines ir optimizacines užduotis atliktų esant daug mažesniam energijos suvartojimui vienai operacijai. Lyginant su ankstyvaisiais kvantiniais sistemos prototipais, fotoniniai analoginiai įrenginiai yra praktiškesni artimojo laikotarpio diegimui su realiais duomenimis ir komandos finansinių uždavinių rinkinyje parodė didesnį sėkmės lygį. Vis dėlto kiekviena platforma turi savų stipriųjų pusių — kvantiniai sprendimai taikomi specifiniams kombinatoriniams ir imties uždaviniams, tuo tarpu fotoninis analogas išsiskiria masiškai paraleline tiesine algebra ir rekonstrukcijos problemomis.
Pritaikymas ir rinkos reikšmė
Artimojo laikotarpio potencialios rinkos apima sveikatos priežiūros vaizdinimą (pagreitinta MRT ir KT rekonstrukcija), AI inferencijos akceleratorius tiek edge, tiek duomenų centrų naudojimui, bei finansines paslaugas portfelio optimizavimui ir atsiskaitymams. Kai gamintojai padidins micro-LED skaičių ir pagerins integraciją, AOC įrenginiai galėtų spręsti milijonų ar milijardų kintamųjų uždavinius, todėl jie bus patrauklūs debesų paslaugų teikėjams ir specializuotiems AI aparatūros tiekėjams.
Perspektyvos: nuo prototipo iki gamybos
Kol kas AOC lieka eksperimentine platforma. Tyrimų komanda įsivaizduoja ateities kartas, kurios pridės daugiau micro-LED kanalų ir fotoninių elementų, žymiai padidinant pralaidumą ir sprendimų mastą. „Mūsų tikslas, ilgalaikė vizija — kad tai taptų reikšminga ateities skaičiavimo dalimi,“ — projekte rašė Hitesh Ballani iš Microsoft Cloud Systems Futures komandos. Jei šis scenarijus taps realybe, analoginis optinis skaičiavimas gali tapti kertine technologija energijos efektyviam AI ir didelio masto mokslo skaičiavimams.
Šaltinis: livescience
Komentarai