Microsoft explorează un nou tip de arhitectură de calcul care ar putea revoluționa modul în care sunt antrenate și utilizate sistemele de inteligență artificială. Echipa de cercetători a dezvoltat un computer optic analogic (AOC), un dispozitiv experimental care folosește lumină, micro-LED-uri și senzori de cameră pentru a efectua calcule.
Rezultatele, publicate pe 3 septembrie în revista Nature, arată că acest tip de sistem poate fi de până la 100 de ori mai eficient energetic decât computerele digitale clasice.
Deși proiectul se află încă la nivel de prototip, specialiștii văd în această tehnologie o posibilă schimbare de paradigmă în era în care consumul energetic al AI devine o problemă globală.
Spre deosebire de computerele tradiționale, care folosesc miliarde de tranzistori digitali pentru a efectua operații, AOC utilizează intensități diferite ale luminii și ale tensiunii pentru a aduna și înmulți numere. Procesul se bazează pe un mecanism de tip „feedback loop”: problema este calculată de mai multe ori, cu ajustări succesive, până când sistemul ajunge la o soluție stabilă.
Un avantaj crucial este faptul că semnalele analogice nu sunt convertite în format digital pe parcursul calculelor, ceea ce elimină consumul suplimentar de energie și barierele de viteză specifice computerelor convenționale. „Estimăm o îmbunătățire de aproximativ 100 de ori a eficienței energetice. Doar acest lucru este fără precedent în hardware”, a declarat Jannes Gladrow, cercetător în AI la Microsoft.
Deși nu este un computer generalist, ci un dispozitiv specializat în rezolvarea unor tipuri de probleme de optimizare și de sarcini de inteligență artificială, potențialul AOC este considerabil.
Primele aplicații testate: de la imagini medicale la tranzacții financiare
Cercetătorii Microsoft au testat prototipul AOC pe sarcini simple de învățare automată, cum ar fi clasificarea de imagini. Rezultatele au fost comparabile cu cele ale unui computer digital clasic. Dar adevărata promisiune vine din faptul că, pe măsură ce tehnologia se extinde pentru a gestiona mai multe variabile, eficiența energetică ar putea depăși cu mult performanțele actuale.
Un pas important a fost dezvoltarea unui „digital twin”, un model computerizat care imită calculele AOC și care poate fi scalat pentru probleme mai mari. Cu ajutorul acestuia, echipa a reușit să reconstruiască o imagine cerebrală de 320 pe 320 de pixeli utilizând doar 62,5% din datele inițiale, cu o acuratețe ridicată. Potrivit oamenilor de știință, această metodă ar putea reduce timpul de efectuare al unor investigații medicale, precum RMN-ul, ceea ce ar reprezenta un avantaj major pentru domeniul sănătății.
În plus, AOC a fost pus la încercare și în sectorul financiar, unde a rezolvat probleme de optimizare legate de transferul fondurilor între mai multe grupuri, cu scopul de a minimiza riscurile. În aceste teste, sistemul a avut o rată de succes superioară chiar și unor calculatoare cuantice existente.
O posibilă schimbare de paradigmă în viitorul calculului
Deocamdată, prototipul AOC este la scară redusă, dar cercetătorii sunt optimiști că, prin adăugarea de milioane sau chiar miliarde de micro-LED-uri, puterea sa de calcul ar putea crește exponențial. Echipa Microsoft Health Futures și Cloud Systems Futures vede în acest tip de arhitectură o piesă importantă din viitorul informaticii.
Totuși, există și limite. AOC nu poate înlocui computerele digitale pentru sarcinile generaliste, ci se potrivește mai degrabă ca instrument dedicat problemelor de optimizare și AI unde eficiența energetică este crucială. „Este un computer specializat, nu unul universal”, a explicat Aydogan Ozcan, cercetător în calcul optic la UCLA, care nu a fost implicat în proiect.
Într-o perioadă în care costurile energetice ale centrelor de date dedicate AI cresc accelerat, iar presiunea pentru soluții sustenabile se amplifică, un computer pe bază de lumină ar putea reprezenta exact tipul de inovație de care industria are nevoie.
Pe termen lung, obiectivul echipei Microsoft este ca acest tip de tehnologie să devină „o parte semnificativă a viitorului calculului”, după cum a declarat Hitesh Ballani, cercetător din echipa Cloud Systems Futures. Dacă promisiunile privind eficiența se confirmă, am putea fi martorii unei revoluții tehnologice comparabile cu trecerea de la calculul mecanic la cel digital.