Оптичні тензори можуть замінити сучасні GPU

Прорив у сфері обчислень – міжнародна команда дослідників реалізувала оптичне обчислення тензорів на швидкості світла, що може радикально змінити майбутнє штучного інтелекту.

Усі сучасні системи штучного інтелекту, від розпізнавання зображень до обробки природної мови, ґрунтуються на тензорних операціях — “багатовимірних узагальненнях матриць”, які є ключовими структурами для представлення й обробки даних. Однак із ростом обсягів даних традиційні цифрові системи, зокрема графічні процесори (GPU), досягають меж своїх можливостей у швидкості, масштабованості та енергоспоживанні.

На тлі цієї проблеми дослідницька група під керівництвом доктора Юфена Чжана (Yufeng Zhang) з Технологічного університету Аалто відкрила нову концепцію — одноразове тензорне обчислення, яке виконується шляхом одного проходу світла. Як зазначає дослідник, “наші методи виконують ті самі операції, що й сучасні GPU, але роблять це зі швидкістю світла”.

Суть підходу полягає в тому, що цифрові дані кодуються в амплітуду і фазу світлових хвиль, перетворюючи числа у фізичні властивості світлового поля. Коли ці хвилі взаємодіють, відбуваються природні операції множення матриць і тензорів — фундаментальні кроки алгоритмів глибинного навчання. Завдяки використанню різних довжин хвиль, метод здатен обробляти багатовимірні структури високого порядку.

Для пояснення принципу роботи Чжан наводить аналогію: “Уявіть, що ви — митник, який має перевірити кожну посилку на кількох пристроях, а потім розсортувати її. Зазвичай це поетапна процедура. Ми ж поєднуємо всі пристрої і посилки в одну систему, де все відбувається одночасно”.

Однією з переваг є пасивність системи — світло саме виконує обчислення без потреби в електронному керуванні або перемиканні. За словами професора Чжіпея Суна (Zhipei Sun), “цей підхід можна реалізувати майже на будь-якій оптичній платформі”. У планах — інтеграція методу в фотонні чипи, що дозволить виконувати складні ІІ-завдання з вкрай низьким енергоспоживанням.

На завершення доктор Чжан підсумовує: “Ми очікуємо, що ця технологія буде впроваджена у платформи великих компаній вже протягом 3–5 років. Вона започаткує нову епоху оптичних обчислювальних систем, які прискорять виконання ІІ-завдань у багатьох галузях”.