ИИ на скорости света: новая архитектура обещает преодолеть ограничения электроники
Финские исследователи совершили прорыв в области оптических вычислений, разработав архитектуру, которая позволяет выполнять тензорные вычисления — основу современных больших языковых моделей — всего за один шаг и на скорости света. Этот подход может коренным образом изменить методы обучения и работы искусственного интеллекта, заменяя традиционные электронные вычисления на оптические. Новая технология рассматривается как возможная основа для создания систем искусственного интеллекта общего назначения.
Тензорные вычисления лежат в основе практически всех компьютерных операций, включая ИИ. Однако скорость обработки тензорных данных представляет собой «узкое место», которое ограничивает максимально возможный размер моделей ИИ. Существующие электронные системы, такие как графические процессоры (GPU), уже достигли своих пределов по скорости, масштабируемости и энергопотреблению из-за резкого роста объёмов данных. В то же время оптические вычислительные системы известны своей более высокой скоростью и меньшим энергопотреблением, но до сих пор они не могли работать параллельно, как соединённые в цепочки GPU.
Команда Университета Аалто предложила новую архитектуру, которая преодолевает это ограничение. В отличие от существующих оптических систем, их разработка позволяет выполнять множество тензорных операций одновременно в рамках одного светового импульса. Метод, получивший название «параллельное оптическое перемножение матриц (POMMM)», кодирует числовые данные в амплитуду и фазу световых волн, преобразуя информацию в физические свойства светового поля. Когда эти поля взаимодействуют и объединяются, они естественным образом выполняют математические операции, такие как перемножение тензоров. Использование нескольких длин волн позволило расширить этот подход для обработки тензорных операций более высокого порядка.
Исследователи поясняют, что их система работает подобно гипотетическому таможенному инспектору, который вместо последовательной проверки каждого груза разными устройствами создаёт множество «оптических связей», соединяющих каждый вход с соответствующим выходом. В результате за одну операцию, одно прохождение света, все проверки и сортировка выполняются мгновенно и параллельно. Оптические операции в этой системе происходят пассивно во время распространения света, не требуя дополнительной энергии или активного управления, что также позволяет адаптировать её к любой оптической платформе.
Учёные планируют в будущем интегрировать этот вычислительный метод непосредственно в фотонные чипы, что позволит оптическим процессорам выполнять сложные задачи ИИ при чрезвычайно низком энергопотреблении. Хотя исследование напрямую не затрагивает тему искусственного интеллекта общего назначения, оно указывает на потенциал системы для преодоления структурных ограничений современных вычислительных систем. Цель команды — внедрить архитектуру POMMM в аппаратное обеспечение или платформы крупных технологических компаний в течение ближайших трёх-пяти лет, что откроет путь для создания нового поколения оптических компьютеров, способных значительно ускорить выполнение сложных задач ИИ в самых разных областях.
Результаты работы в научном журнале Nature Photonics.