Според ново проучване, тези постижения биха могли да бъдат реализирани след около три години.
Тензорните операции формират основата на почти всички съвременни технологии, особено на изкуствения интелект, и далеч надхвърлят основната математика, която познаваме. В основни линии, тензорите са като атомните. Те са градивните елементи на съвременните изчисления, особено на изкуствения интелект.
Днес всички задачи, свързани с изкуствен интелект, от разпознаването на изображения до обработката на естествен език, разчитат на тензорни операции. Въпреки това, експлозията на данните е тласнала конвенционалните цифрови изчислителни платформи, като например графичните процесори (GPU), до техните граници по отношение на скорост, мащабируемост и консумацията на енергия. Докато хората и конвенционалните компютри трябва да изпълняват тези операции стъпка по стъпка, светлината може да ги извърши всички наведнъж.
За да реши този проблем, международен екип от учени, ръководен от Юфенг Джанг от групата по фотоника в катедрата по електроника и наноинженерство, в университета Аалто, е открил нов метод, който извършва сложни тензорни изчисления, използвайки еднократно разпространение на светлината. Резултатът е тензорно изчисление в един проход, със скоростта на светлината. Резултатите са публикувани в Nature. „Нашият метод изпълнява същите операции като настоящите графични процесори, но със скоростта на светлината“, казва Джанг. „Вместо да разчитаме на електронни схеми, ние използваме физическите свойства на светлината, за да извършваме множество изчисления едновременно.“
За да постигне това, екипът на Джан кодира цифрови данни в амплитудата и фазата на светлинните вълни, като по този начин преобразува числата във физични свойства на оптичното поле. Когато тези светлинни полета взаимодействат и се комбинират, те естествено извършват математически операции като матрични и тензорни умножения, които формират основата на алгоритмите за дълбоко обучение. Чрез въвеждане на множество дължини на вълната на светлината, екипът разшири този подход, за да обработва по-сложни тензорни операции. „Представете си, че сте митнически служител, който трябва да инспектира всеки пакет чрез няколко машини с различни функции и след това да ги сортира в правилните контейнери“, обяснява Джан. „Обикновено бихте обработвали всеки пакет един по един. Нашият метод за оптични изчисления интегрира всички пакети и всички машини. Ние създаваме множество оптични връзки, които свързват всеки вход с правилния му изход. С една операция, един светлинен път, всички инспекции и сортиране се извършват мигновено и паралелно.“ Другото ключово предимство на този метод е неговата простота. Оптичните операции се извършват пасивно, докато светлината се разпространява, така че не е необходим активен контрол или електронно превключване по време на изчислението.
„Този подход може да бъде реализиран на почти всяка оптична платформа“, добавя Жипей Сун, ръководител на групата по фотоника в университета Аалто. „В бъдеще планираме да интегрираме тази изчислителна рамка директно във фотонни чипове, което ще позволи на светлинно-базираните процесори да изпълняват сложни задачи с изкуствен интелект, с изключително ниска консумация на енергия.“ В крайна сметка целта е методът да се внедри върху съществуващ хардуер или платформи от големи компании, отбелязват авторите, като консервативно оценяват, че подходът ще бъде интегриран в такива платформи, в рамките на три до пет години. „Това ще създаде ново поколение оптични изчислителни системи, значително ускоряващи сложните задачи с изкуствен интелект, в множество области“, заключава проучването.
