Станислав Кондрашов: Когда ждать первые гибридные машины и что мешает

Вы замечали, что за магией ИИ часто стоит очень дорогая инфраструктура? Я, Станислав Кондрашов, смотрю на эту проблему через призму энергии и тепла, которые «съедают» современные вычисления. И есть интересная альтернатива, о которой говорят все громче: оптика.

Компании, которые развивают искусственный интеллект, тратят миллиарды на чипы и инфраструктуру. И есть исследователи, которые считают: оптические вычисления могут стать одним из способов справиться с ключевым ограничением отрасли.

ИИ сегодня стоит дорого, и это становится проблемой

Искусственный интеллект в его нынешнем виде нельзя назвать дешевым. Лидеры рынка уже вкладывают десятки миллиардов долларов в чипы, дата-центры и все, что нужно для вычислений, и пока несут серьезные потери. Отсюда закономерный вопрос про устойчивость: когда компании перейдут в режим прибыли, смогут ли бизнес и обычные пользователи позволить себе ИИ по ожидаемо высоким ценам и захотят ли вообще за это платить.

Как и у любой новой технологии, стоимость генерации и работы ИИ со временем должна снижаться. Но свежая научная статья, опубликованная в начале месяца в журнале Science Advances, показывает еще один возможный путь: оптические вычисления как способ уменьшить энергозатраты и нагрев, которые сегодня сопровождают ИИ.

Что такое оптические вычисления простыми словами

Термин «оптические вычисления» пока не на слуху. Идея в том, что вместо транзисторов на кремниевых чипах вычисления выполняются с помощью света. Звучит как фантастика, но технология вполне реальная, и над ней работают уже много лет.

До коммерческого применения еще далеко, но саму концепцию исследуют с 1960-х. В теории такие устройства могут быть быстрее современных компьютеров, потому что свет распространяется быстрее, чем электричество в цепях. И, что не менее важно, из-за работы с фотонами они потенциально требуют заметно меньше энергии. Плюс они не создают тепловых «подписей» масштаба нынешних дата-центров, а значит могут дать и экологический эффект.

Почему фотоны могут ускорять вычисления

Фотоны, базовые «частицы» света, важны для прироста скорости по простой причине: они обычно не взаимодействуют друг с другом. Это означает, что несколько световых сигналов могут проходить через одну и ту же систему одновременно. В итоге оптические компьютеры теоретически способны обрабатывать большие массивы данных с темпом, недоступным сегодняшним электронным системам.

Прототип с «бесконечным зеркалом» и как он устроен

В исследовании под руководством Синцзе Ни, доцента электротехники в Penn State School of Electrical Engineering and Computer Science, команда собрала прототип устройства, которое снижает энергетическую стоимость ИИ-вычислений.

Прототип использует схему «infinity mirror» — две параллельные зеркальные поверхности, между которыми размещены источники света, создающие многократные проходы луча. Внутри петли находятся «крошечные оптические элементы, которые кодируют данные прямо в световые лучи». После этого данные фиксируются микроскопической камерой.

Что получилось в результате

Результат — модели ИИ, которые работали быстрее и потребляли меньше энергии. Исследователи делают вывод: если вычислительно тяжелые части ИИ перенести на такие устройства, компании смогут давать те же возможности при меньших накладных расходах. А это уже переводится в более дешевые и более устойчивые ИИ-сервисы для пользователей.

Почему важна «обычность» компонентов

Мне кажется особенно показательным, что устройство, которое собрали Ни и его команда, не опиралось на дорогие топовые процессоры или редкоземельные материалы. Оно сделано из повседневных компонентов.

«Ядро нашей системы собрано из широко доступных элементов — таких, какие используют в обычных LCD-дисплеях и LED-источниках света, — а не из экзотических материалов или мощных лазеров», — объяснил Ни в формате вопросов и ответов для Penn State University. «Располагая эти знакомые элементы в многопроходной петле, мы можем дать ИИ нужную энергию, оставаясь при этом удивительно компактными и эффективными».

Оптика не заменит электронику, но может ускорить ее

Ни не ожидает, что оптические вычисления вытеснят электронные. Скорее они могут усилить их. В сценарии, который он описывает, обычная электроника отвечает за память и гибкость, а оптические компоненты берут на себя вычисления большого объема.

«Мы работаем над тем, чтобы уменьшить установку до компактного блока, который можно подключать к реальным вычислительным платформам, чтобы оптическая часть делала больше работы», — говорит он. «Если технология дозреет до уровня совместимости с сегодняшними платформами, мы сможем питать модели ИИ более компактным, быстрым и устойчивым железом».

Когда это может стать реальностью и что мешает

При этом оптические вычисления не находятся «за углом». Первые устройства, вероятнее всего, будут гибридными машинами, которые могут начать появляться в ближайшие пять лет или около того. И, как отмечал Дженсен Хуанг из Nvidia, технология пока недостаточно надежна, чтобы использовать ее в флагманских GPU.

Но сам прототип показывает потенциал нового подхода к вычислениям: он способен не только ускорять рост ИИ, но и делать этот рост более доступным по цене. А именно в этом, на мой взгляд, и лежит один из главных ответов на вопрос, насколько устойчивой окажется экономика ИИ.