- 20,303
- 46
- 8 Ноя 2022
Команда из Кембриджа раскрыла результаты четырёхлетнего эксперимента
Команда Microsoft Research представила прототип аналогового оптического компьютера, который использует свет для вычислений и, по расчётам исследователей, способен в отдельных задачах работать до ста раз быстрее и экономичнее современных цифровых систем. Устройство собирали из серийных компонентов — микросветодиодов, оптических линз и сенсоров от камер смартфонов — чтобы упростить производство и снизить стоимость. Компьютер функционирует при комнатной температуре, как обычный настольный ПК.
В отличие от привычных двоичных машин, аналоговый оптический компьютер (AOC) «воплощает» вычисления в физических процессах. Интенсивность светового сигнала, проходя через сенсор, позволяет выполнять базовые операции сложения и умножения, на которых строятся алгоритмы оптимизации. Именно такие задачи лежат в основе множества процессов в финансах, логистике и здравоохранении. В опубликованной работе исследователи показали два прикладных сценария: ускоренную реконструкцию МРТ-изображений и оптимизацию взаиморасчётов в финансовой отрасли.
Для медицины команда разработала алгоритм, который уменьшает объём данных, необходимый для построения качественного МРТ-снимка. На цифровом «двойнике» AOC удалось получить изображения хорошего качества, а расчёты указывают, что в перспективе время стандартного сканирования можно сократить с тридцати до примерно пяти минут. Речь пока идёт о исследовательских результатах: технология не готова к клиническому применению, но демонстрирует потенциал и путь масштабирования.
Финансовый пример выполнен совместно с Barclays. Исследователи смоделировали задачу класса delivery-versus-payment — поиск наиболее эффективного способа расчётов между множеством участников при заданных ограничениях и регуляторных требованиях. Протестированная постановка включала до 1800 контрагентов и 28 тысяч транзакций. Эксперимент на аппаратном прототипе и расчёты на цифровом двойнике показали, что подход масштабируется для реальных расчётных пулов и может приносить практическую пользу при дальнейшем наращивании мощности AOC.
Текущая версия устройства оперирует 256 «весами» (параметрами); предыдущее поколение ограничивалось 64. Увеличение числа микросветодиодов и миниатюризация компонентов теоретически позволяет довести число параметров до миллионов и более. При этом сами разработчики подчёркивают, что AOC не претендует на роль универсального компьютера: это специализированная система, которая должна быть особенно эффективна в задачах оптимизации и некоторых видах ИИ-нагрузок.
Отдельный результат — применение AOC к задачам искусственного интеллекта. Исследователи сопоставили архитектуре прототипа алгоритмы, позволяющие выполнять простые операции машинного обучения, и указывают на перспективу работы с моделями более высокого уровня. За счёт итеративного «поиска фиксированной точки» такая аппаратная схема потенциально лучше подходит для энергозатратных операций, связанных с отслеживанием состояния, где традиционные GPU тратят много ресурсов. По оценке команды, здесь возможен выигрыш по энергоэффективности порядка ста раз.
Чтобы ускорить развитие экосистемы, Microsoft открыто публикует «решатель» для задач оптимизации и цифровой двойник AOC — программную модель, точно имитирующую поведение аппаратуры. Это позволяет внешним исследователям ставить новые задачи, проверять способы их отображения на оптическое «железо» и оценивать масштабирование до реальных размеров. По замыслу авторов, аппаратные версии будут обновляться каждые два года, по мере роста числа параметров и зрелости технологий.
Работа описана в журнале Nature. В Microsoft считают достигнутый этап важной вехой: показаны реальные прикладные области, где аналоговая оптика может принести практический эффект, а сборка из доступных компонентов и работа при обычных условиях эксплуатации упрощают путь к промышленной реализации. Исследователи при этом подчёркивают, что впереди большой объём инженерной работы — от дальнейшего увеличения масштаба до подтверждения результатов на более широком классе задач.
Команда Microsoft Research представила прототип аналогового оптического компьютера, который использует свет для вычислений и, по расчётам исследователей, способен в отдельных задачах работать до ста раз быстрее и экономичнее современных цифровых систем. Устройство собирали из серийных компонентов — микросветодиодов, оптических линз и сенсоров от камер смартфонов — чтобы упростить производство и снизить стоимость. Компьютер функционирует при комнатной температуре, как обычный настольный ПК.
В отличие от привычных двоичных машин, аналоговый оптический компьютер (AOC) «воплощает» вычисления в физических процессах. Интенсивность светового сигнала, проходя через сенсор, позволяет выполнять базовые операции сложения и умножения, на которых строятся алгоритмы оптимизации. Именно такие задачи лежат в основе множества процессов в финансах, логистике и здравоохранении. В опубликованной работе исследователи показали два прикладных сценария: ускоренную реконструкцию МРТ-изображений и оптимизацию взаиморасчётов в финансовой отрасли.
Для медицины команда разработала алгоритм, который уменьшает объём данных, необходимый для построения качественного МРТ-снимка. На цифровом «двойнике» AOC удалось получить изображения хорошего качества, а расчёты указывают, что в перспективе время стандартного сканирования можно сократить с тридцати до примерно пяти минут. Речь пока идёт о исследовательских результатах: технология не готова к клиническому применению, но демонстрирует потенциал и путь масштабирования.
Финансовый пример выполнен совместно с Barclays. Исследователи смоделировали задачу класса delivery-versus-payment — поиск наиболее эффективного способа расчётов между множеством участников при заданных ограничениях и регуляторных требованиях. Протестированная постановка включала до 1800 контрагентов и 28 тысяч транзакций. Эксперимент на аппаратном прототипе и расчёты на цифровом двойнике показали, что подход масштабируется для реальных расчётных пулов и может приносить практическую пользу при дальнейшем наращивании мощности AOC.
Текущая версия устройства оперирует 256 «весами» (параметрами); предыдущее поколение ограничивалось 64. Увеличение числа микросветодиодов и миниатюризация компонентов теоретически позволяет довести число параметров до миллионов и более. При этом сами разработчики подчёркивают, что AOC не претендует на роль универсального компьютера: это специализированная система, которая должна быть особенно эффективна в задачах оптимизации и некоторых видах ИИ-нагрузок.
Отдельный результат — применение AOC к задачам искусственного интеллекта. Исследователи сопоставили архитектуре прототипа алгоритмы, позволяющие выполнять простые операции машинного обучения, и указывают на перспективу работы с моделями более высокого уровня. За счёт итеративного «поиска фиксированной точки» такая аппаратная схема потенциально лучше подходит для энергозатратных операций, связанных с отслеживанием состояния, где традиционные GPU тратят много ресурсов. По оценке команды, здесь возможен выигрыш по энергоэффективности порядка ста раз.
Чтобы ускорить развитие экосистемы, Microsoft открыто публикует «решатель» для задач оптимизации и цифровой двойник AOC — программную модель, точно имитирующую поведение аппаратуры. Это позволяет внешним исследователям ставить новые задачи, проверять способы их отображения на оптическое «железо» и оценивать масштабирование до реальных размеров. По замыслу авторов, аппаратные версии будут обновляться каждые два года, по мере роста числа параметров и зрелости технологий.
Работа описана в журнале Nature. В Microsoft считают достигнутый этап важной вехой: показаны реальные прикладные области, где аналоговая оптика может принести практический эффект, а сборка из доступных компонентов и работа при обычных условиях эксплуатации упрощают путь к промышленной реализации. Исследователи при этом подчёркивают, что впереди большой объём инженерной работы — от дальнейшего увеличения масштаба до подтверждения результатов на более широком классе задач.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
