«Блискавично вирішує проблеми оптимізації»: Microsoft представила перший аналоговий оптичний комп’ютер

Дослідницька лабораторія Microsoft у Кембриджі представила перший у світі аналоговий оптичний комп’ютер, який обіцяє блискавично швидко вирішувати проблеми оптимізації, пише Interesting Engineering.

Подробиці

Оптимізація передбачає використання найменших ресурсів для максимізації віддачі процесів. Однак навіть найшвидші комп’ютери у світі можуть витратити роки вирішення проблем оптимізації.

Наприклад, комівояжеру (роз’їзному агенту торгової організації) потрібен оптимальний маршрут для відвідування набору міст за один раз, перш ніж повернутися до початкової точки. Під час обчислення для п’яти міст можна вибрати 12 можливих маршрутів. Однак із зростанням кількості міст потенційні маршрути розширюються, що робить неможливим обчислити найоптимальніший з них.

Дослідники використовували евристичні алгоритми, які можуть забезпечити приблизне вирішення подібних проблем. Та цей підхід не дав практичної альтернативи звичайним комп’ютерам, які обмежені їх бінарною абстракцією проблем.

Новітній комп’ютер Analog Interactive Machine (AIM) від Microsoft використовує фотони й електрони для обробки безперервних даних замість того, щоб перетворювати їх на двійкові біти за допомогою транзисторів.

Як працює комп’ютер – ілюстрація Microsoft

«Команда використовує здатність фотонів взаємодіяти не один з одним, а з матерією, через яку вони подорожують, щоб виконувати прості математичні операції, такі як додавання та множення, – розповідають у Microsoft. – Побудувавши фізичну систему, яка використовує оптику та електроніку для виконання векторно-матричного множення, ми знайшли спосіб ефективного та швидкого виконання обчислень, необхідних для пошуку розв’язання проблем оптимізації».

При цьому комп’ютер компактний, адже всі компоненти цієї системи мініатюризовані.

Iлюстрація Microsoft

«Польові» випробування

Щоб перевірити ефективність комп’ютера на практиці, Microsoft об’єдналася з Barclays, британським банком. Розрахунки по міжбанківських транзакціях здійснюються в розрахункових палатах, які щодня обробляють сотні тисяч транзакцій. У міру того, як кількість банківських транзакції збільшуються, розрахунки займають все більше часу, що є проблемою оптимізації в реальному світі.

Команда Microsoft уже намагалася використати базову версію AIM, яку випустила минулого року, для вирішення проблеми транзакцій – і таки вирішила її точно під час тестів! Зараз команда працює над розширенням можливостей комп’ютера, щоб обробляти більшу кількість змінних і більше даних.

Оптичний комп’ютер, як запевняють у Microsoft, міг би відкрити спектр можливостей для дослідників, а також зменшити ресурси, що витрачаються різними компаніями на виконання складних обчислень.

Що думають айтівці

На сабреддіті «Programming» фахівці активно обговорили цю новину. І традиційно – в іронічному ключі.

«Ви кажете «проблеми оптимізації», я чую «навчання нейронних мереж», – пише користувач Reddit currentscurrents. – Це виглядає принципово подібним до інших робіт у фотоніці на цей час. Вони роблять матричне множення за допомогою світла, але все одно повинні перетворювати назад в електричні сигнали під час кожного циклу, щоб обчислити нелінійні частини проблеми. AIM – це досить маломасштабне порівняно з тим, що ви можете зробити на GPU, але споживає менше енергії».

«Отже, основною проблемою аналогових обчислень завжди була точність – чим чутливіший вимірювальний пристрій, тим більше шуму ви отримуєте, на відміну від транзисторів або магнітних носіїв, які зазвичай мають «чітко 1» або «чітко 0», – розмірковує NotSoButFarOtherwise. – Було б справді добре, щоб цифрові чисельні методи інтеграції запропонували порівнянну продуктивність з аналоговими (які можна зробити в одній схемі)».

«Якщо зупинитися на аналогових комп’ютерах у цілому: вони можуть бути далеко не такими гнучкими, як цифрові комп’ютери, але хорошими – можуть бути значно швидшими та енергоефективнішими», – вважає Kuhluh.

Також розробники передбачувано загадалися над питанням, чи можна на AIM запустити JavaScript та макроси Excel.