Компьютер, использующий свет вместо цифровых транзисторов для вычислений, может помочь снизить энергопотребление систем искусственного интеллекта (ИИ), как сообщается в новом исследовании. Учёные, создавшие эту технологию, называют её новой вычислительной парадигмой.
Исследователи из Microsoft разработали прототип аналогового оптического компьютера (AOC), способного решать задачи, характерные для ИИ, а также проблемы оптимизации.
По словам учёных, представленная в исследовании система в будущем сможет решать определённые задачи быстрее и с меньшими энергозатратами, чем современные цифровые компьютеры. Работа была опубликована 3 сентября в журнале Nature.
«Главное преимущество AOC — это примерно стократное повышение энергоэффективности. Такой показатель для аппаратного обеспечения ранее казался недостижимым», — заявил соавтор исследования Яннес Гладроу, специалист по ИИ из Microsoft, в официальном блоге компании.
В отличие от традиционных цифровых компьютеров, которые оперируют миллиардами переключателей, новая система использует свет и электрическое напряжение разной интенсивности для выполнения операций в режиме обратной связи. AOC повторяет расчёты многократно, постепенно приближаясь к «устойчивому состоянию», то есть к окончательному решению. Это позволяет избежать преобразования аналоговых сигналов в цифровые, что экономит энергию и обходит ограничения скорости цифровых систем.
Как отметил Айдоган Озджан, эксперт по оптическим вычислениям из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, AOC не является универсальным компьютером — это специализированная система для конкретных задач ИИ и оптимизации. Однако для этих целей она может превзойти традиционные аналоги.
Свет как основа новой парадигмы
Команда также создала «цифрового двойника» — модель, имитирующую работу физического AOC. Это позволяет масштабировать вычисления для более сложных задач. «С помощью цифрового двойника мы можем решать проблемы, которые пока недоступны для реального прототипа», — пояснил Майкл Хансен, руководитель отдела биомедицинской обработки сигналов Microsoft.
В ходе экспериментов AOC успешно классифицировал изображения, показав результаты на уровне цифровых систем. В другом тесте «цифровой двойник» восстановил скан мозга размером 320×320 пикселей, используя лишь 62.5% исходных данных. Это может сократить время проведения МРТ в будущем.
Также AOC решил финансовые задачи по оптимизации обмена средствами между группами с минимальным риском, превзойдя существующие квантовые компьютеры в точности. «Наша долгосрочная цель — сделать эту технологию ключевой частью будущего вычислений», — подчеркнул Хитеш Баллани из Microsoft.
Перспективы и вызовы
Хотя AOC пока остаётся прототипом, учёные уверены в его потенциале. Увеличение числа микроскопических светодиодов (micro-LED) позволит работать с миллионами переменных одновременно. Это открывает двери для применения в медицине, финансах, климат-моделировании и даже в разработке новых материалов.
Однако эксперты отмечают и ограничения. AOC эффективен только для задач, сводящихся к поиску «устойчивого состояния», и не заменит традиционные процессоры в повседневных вычислениях. Тем не менее, его интеграция с квантовыми системами или нейроморфными чипами может создать гибридные архитектуры, сочетающие скорость света с гибкостью цифровых технологий.
С ростом энергопотребления дата-центров и развитием ИИ такие инновации, как AOC, становятся не просто прорывом, а необходимостью. Возможно, уже через десятилетие световые компьютеры будут обрабатывать данные в облаках Microsoft, снижая углеродный след технологического гиганта и открывая новую эру «зелёных» вычислений.
