Свет — источник интеллекта: как оптические волокна могут заменить компьютерные чипы и сделать ИИ более быстрым и экологичным

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Оффтопик

Искусственный интеллект (ИИ) — это одно из самых перспективных и востребованных направлений науки и технологии. ИИ применяется во многих областях, от биотехнологий и медицины до образования и развлечений. ИИ помогает решать сложные задачи, анализировать большие массивы данных, создавать новые продукты и услуги, улучшать качество жизни людей в целом.

Однако за все эти преимущества приходится платить высокую цену — не только финансовую, но и экологическую. Современные системы ИИ требуют огромных вычислительных ресурсов, которые обеспечиваются с помощью специализированных компьютерных чипов, содержащих тысячи электронных компонентов. Эти чипы потребляют много энергии, выделяют тепло, изнашиваются и загрязняют окружающую среду.

Например, для обучения одной из самых мощных языковых моделей ИИ — ChatGPT — потребовалось несколько гигаватт-часов энергии, что эквивалентно работе средней атомной электростанции на полной мощности в течение нескольких часов. Такой уровень энергопотребления не только нерентабелен, но и опасен для климата и экосистемы.

Как же можно сделать ИИ более энергоэффективным и экологичным? Ответ на этот вопрос предложили немецкие и канадские ученые, которые разработали инновационный метод создания вычислительных систем, основанных на свете, а не на электронике.

Принцип работы нейроморфных волновых вычислений в частотной области. А) Пример архитектуры нейронной сети прямого распространения. Каждый скрытый слой может быть разложен на линейный подслой (зеленый), выполняющий линейное взвешивание и суммирование по узлам, и нелинейный активационный слой (оранжевый). B) Иллюстрация эвристического сходства между нейронными сетями и волоконными нейроморфно-волновыми вычислениями. Информация кодируется в спектральной фазе фемтосекундного импульса перед запуском в высоконелинейное оптическое волокно. Нелинейное распространение импульсов может быть смоделировано как конкатенация линейных дисперсионных сдвигов Математическое уравнение и оптических нелинейных преобразований Математическое уравнение третьего порядка (т.е. эффект Керра), приводящих к смешиванию и генерации оптических частот. Затем выходной сигнал широкополосной системы измеряется и взвешивается для получения вычислительного результата для конкретной задачи. C) Представление состояния системы, иллюстрирующее поток информации в переходной оптической сети при распространении в спектро-временном пространстве. Входное поле представляется в виде конечного распределения весов на конкретных переходных узлах, т. е. ограниченных по времени и частоте сущностей поля, ограниченных преобразованием. Непрерывное чередование линейной дисперсии и нелинейности приведет к перераспределению энергии по времени и частоте соответственно, создавая высокоспецифичные для входных данных информационные траектории. В визуализации амплитуды поля для каждого узла кодируются как по размеру, так и по цвету фигуры для лучшей видимости. D) Схематическая схема экспериментальной реализации ученых. Система обучается в автономном режиме путем выбора частоты и взвешивания на системном считывании.
Автор: Bennet Fischer, Mario Chemnitz, Yi Zhu, Nicolas Perron, Piotr Roztocki, Benjamin MacLellan, Luigi Di Lauro, A. Aadhi, Cristina Rimoldi, Tiago H. Falk, Roberto Morandotti https://doi.org/10.1002/advs.202303835 Источник: onlinelibrary.wiley.com

Их идея заключается в том, чтобы использовать уникальные свойства световых волн в оптических волокнах, чтобы создать искусственную систему обучения, способную выполнять задачи различных нейронных сетей — со скоростью света. В отличие от традиционных систем, которые полагаются на компьютерные чипы, их система использует одно лишь оптическое волокно.

Принцип работы этой системы заключается в том, что данные — будь то изображения, звуки, тексты или другие типы информации — кодируются на цветовых каналах ультракоротких световых импульсов, которые проходят через волокно, подвергаясь различным физическим преобразованиям. На выходе из волокна появляются новые цветовые комбинации, которые позволяют классифицировать данные или предсказывать их контекст.

Например, если на входе в волокно подать изображение рукописной цифры, то на выходе получится уникальный цветовой спектр, который будет служить «отпечатком пальца» для этой цифры. После обучения система сможет распознавать новые рукописные цифры, сравнивая их цветовые спектры с известными.

Такой метод позволяет существенно снизить энергопотребление и увеличить скорость обработки данных, так как световые волны перемещаются быстрее, чем электронные сигналы, и не требуют дополнительных устройств для усиления или конвертации. Кроме того, оптические волокна имеют меньший размер, вес и стоимость, чем электронные чипы, и не подвержены электромагнитным помехам или коррозии.

Ученые уже продемонстрировали эффективность своей системы на примере распознавания рукописных цифр. Система показала высокую точность и скорость, превосходя лучшие цифровые системы на сегодняшний день.

1 комментарий

A
Подобные аналоговые компьютеры 50-60-х годов давно вытеснены цифровыми. Очень уж заточены под единственную задачу. Хотя и выдавали ответ практически мгновенно.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

От единого толчка к сети разломов: как на самом деле происходят землетрясения?

Землетрясения — эти грозные подземные толчки, сотрясающие нашу планету, всегда вызывали у человечества страх и трепет. Научное понимание этих явлений, хоть и развивалось веками, до сих...

Обзор механической клавиатуры AULA F75

Механическая клавиатура AULA F75 — это компактная и функциональная модель, предназначенная для геймеров и для любителей компактных моделей. Она оснащена механическими переключателями,...

Темная сторона космоса: что скрывает загадка параметра Хаббла?

Космос, казалось бы, распахнул свои двери перед пытливым человеческим разумом. Новые телескопы, усовершенствованные методы анализа данных и гениальные теоретические модели — все это...

Обзор тихой механики Zone51 CITRIN: бесшумные переключатели и формат 85%

Многие знают, что механические клавиатуры должны издавать звуки. Для некоторых это главный критерий при выборе, а кому-то нравится тактильное ощущение от нажатия клавиш. Я отношусь ко вторым и...

Wildberries теперь требует подключить Госуслуги. Зачем же это нужно? Разбираемся в вопросе

Очередное нововведение от Wildberries: маркетплейс теперь требует указать личные данные с подтверждением через Госуслуги. Зачем же нужно подтверждение личных данных на подобном уровне и в...

С мая банк ВТБ опять радикально меняет кэшбек по своим картам – теперь деньгами, но безо всякой стабильности

Изменения в программе лояльности для держателей карт банка ВТБ были анонсированы давно — первые упоминания о них появились ещё в феврале. Правда информацию банк выдавал в неделю по...