Создан первый оптический тензорный вычислитель

МОСКВА, 14 ноября. /ТАСС/. Китайские и финские физики разработали подход, который позволяет со скоростью света и с минимальными расходами энергии проводить вычисления с использованием так называемых тензоров - специальных векторных математических объектов, применяемых в работе систем ИИ. Это значительным образом ускорит и удешевит разработку ИИ, сообщила пресс-служба Университета Аалто.

"Разработанный нами подход позволяет проводить все те же операции, которые исполняют существующие графические чипы при проведении расчетов, связанных со слоями памяти и свертки, но при этом эти вычисления ведутся при помощи фотонов и со скоростью света. В данном случае мы пользуемся физическими свойствами света для одновременного проведения многих шагов вычислений", - пояснил научный сотрудник Университета Аалто Чжан Юйфэн, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Разработанный учеными оптический чип представляет собой набор из лазеров, линз, пространственных и фазовых модуляторов света. Они применяются для того, чтобы закодировать в фазовых и амплитудных характеристиках лазерных лучей математические матрицы, используемые в ИИ-вычислениях. После чего ученые заставляют содержащие эти сведения лучи особым образом провзаимодействовать друг с другом. В результате этого формируется еще один поток частиц света, содержащий в себе результат перемножения матриц и тензорных вычислений, который считывается при помощи обычного фотосенсора.

"Представьте себе, что вы работаете на таможне, где вы проверяете и сортируете посылки при помощи множества разных устройств. Как правило, эти процедуры проводятся шаг за шагом для каждой посылки. Наш оптический подход объединяет все посылки и устройства в единое целое. Благодаря этому всего за один шаг вычислений, одно прохождение света через наше устройство, вся "сортировка" и проверка содержимого этих посылок проходит параллельным и мгновенным образом", - добавил Чжан Юйфэн.

Для проверки работы этого подхода ученые провели при его помощи тензорные вычисления с пятью десятками матриц случайных размеров, а также использовали эту систему для обучения ИИ для распознавания изображений. Последующее сравнение результатов оптических расчетов с данными, полученными при помощи классических графических процессоров, подтвердило работоспособность новой системы и то, что она расходует значительно меньше энергии, чем классические электронные чипы.

Как отмечают исследователи, для создания подобных тензорных вычислителей не требуется специализированное оборудование и особые условия изготовления чипов, благодаря чему данную форму фотонных вычислений можно реализовать фактически на любой аппаратной платформе, которые сейчас разрабатываются в мире. Это позволит значительно удешевить разработку ИИ и сделать его более энергоэффективным уже в ближайшем будущем, подытожили физики.

О фотонных компьютерах

Долгое время вычислительные мощности и объемы памяти компьютеров удваивались каждые два года, однако в последние годы темпы развития полупроводниковой электроники значительно замедлились, так как транзисторы по размерам уже приближаются к атомам. Физики и инженеры пытаются заменить электронные логические цепочки на их световые аналоги, чему пока мешают две вещи - движением света крайне сложно управлять внутри миниатюрных чипов, а также то, что пока не существует надежных систем хранения информации в световом виде.