Στην κούρσα της τεχνητής νοημοσύνης, η ωμή δύναμη δεν είναι πλέον το μοναδικό ζητούμενο. Η ενεργειακή απόδοση και η έξυπνη διαχείριση των πόρων έχουν μετατραπεί σε ρυθμιστές των εξελίξεων. Ενώ η βιομηχανία εξακολουθεί να πιέζει τα όρια των παραδοσιακών ψηφιακών τσιπ, μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου (Peking University) προτείνει μια ριζοσπαστική αλλαγή πλεύσης: μια αρχιτεκτονική «πολλαπλών φυσικών πεδίων».
Η νέα αυτή τεχνολογία, που αποκαλύφθηκε πρόσφατα, υπόσχεται να λύσει έναν από τους πιο δύσκολους γρίφους της σύγχρονης πληροφορικής, προσφέροντας ταχύτητες επεξεργασίας που αγγίζουν τα 500 δισεκατομμύρια πράξεις το δευτερόλεπτο, με ταυτόχρονη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης.
Η καινοτομία: Συνεργασία τριών κόσμων
Το βασικό πρόβλημα των σημερινών επεξεργαστών είναι η μονομέρεια: προσπαθούν να λύσουν κάθε πρόβλημα χρησιμοποιώντας αποκλειστικά τη ροή ηλεκτρονίων (ψηφιακή λογική). Η κινεζική ερευνητική ομάδα, ωστόσο, αντιλήφθηκε ότι διαφορετικά στάδια ενός υπολογισμού μπορούν να εκτελεστούν αποδοτικότερα από διαφορετικά φυσικά μέσα.
Η λύση που παρουσίασαν βασίζεται σε μια συνδυαστική δομή που ενσωματώνει τρία διαφορετικά πεδία:
- Ηλεκτρικό ρεύμα
- Φορτίο
- Οπτικά σήματα (φως)
Αντί να μετατρέπονται τα πάντα σε «μηδενικά και άσους» με τον παραδοσιακό τρόπο, η νέα αρχιτεκτονική κατανέμει τις εργασίες εκεί όπου η φυσική ευνοεί την ταχύτητα. Το φως αναλαμβάνει τη ταχύτατη μεταφορά και επεξεργασία δεδομένων, ενώ τα ηλεκτρονικά στοιχεία διαχειρίζονται τη λογική και τον έλεγχο, δημιουργώντας ένα υβριδικό σύστημα που λειτουργεί σε απόλυτη αρμονία.
Ο «μαέστρος» του Fourier
Το κλειδί της επιτυχίας αυτής της αρχιτεκτονικής βρίσκεται στην ικανότητά της να διαχειρίζεται τον Μετασχηματισμό Fourier. Πρόκειται για μια θεμελιώδη μαθηματική πράξη που βρίσκεται στην καρδιά σχεδόν κάθε σύγχρονης τεχνολογίας: από την ανάλυση ήχου και την επεξεργασία εικόνας, μέχρι τα σήματα τηλεπικοινωνιών και την εκπαίδευση νευρωνικών δικτύων.
Στους συμβατικούς υπολογιστές, ο υπολογισμός Fourier είναι μια βαριά και ενεργοβόρα διαδικασία που συχνά προκαλεί καθυστερήσεις. Η ομάδα του Πεκίνου κατάφερε να σχεδιάσει το σύστημά της έτσι ώστε να εκτελεί αυτούς τους μετασχηματισμούς φυσικά, εκμεταλλευόμενη τις ιδιότητες του φωτός και του ηλεκτρισμού.
Τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά: Το σύστημα επιτυγχάνει τετραπλάσια ταχύτητα επεξεργασίας σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους, διατηρώντας παράλληλα υψηλή ακρίβεια και δραστικά μειωμένη κατανάλωση ενέργειας.
Στόχος: Η «ενσώματη» Νοημοσύνη (Embodied AI)
Πού στοχεύει όμως αυτή η τεχνολογία; Οι ερευνητές δεν βλέπουν την εφαρμογή της μόνο στα τεράστια data centers, αλλά κυρίως εκεί που η ταχύτητα και η αυτονομία είναι κρίσιμες.
Η αρχιτεκτονική πολλαπλών φυσικών πεδίων θεωρείται ιδανική για την Embodied AI (Ενσώματη Τεχνητή Νοημοσύνη), δηλαδή για ρομπότ και αυτόνομα συστήματα που πρέπει να αλληλεπιδρούν με τον φυσικό κόσμο σε πραγματικό χρόνο. Ένα ρομπότ που πρέπει να «βλέπει» και να αντιδρά ακαριαία, ή ένα σύστημα edge computing που επεξεργάζεται δεδομένα στην άκρη του δικτύου, χρειάζεται ακριβώς αυτόν τον συνδυασμό ταχύτητας και χαμηλής κατανάλωσης.
Επιπλέον, η τεχνολογία ανοίγει δρόμους για υπολογιστικά συστήματα εμπνευσμένα από τον εγκέφαλο (neuromorphic computing), όπου η επεξεργασία δεν είναι γραμμική αλλά παράλληλη και δυναμική, μιμούμενη τη βιολογική λειτουργία.
Μια νέα φιλοσοφία σχεδιασμού
Η σημασία αυτής της ανακοίνωσης ξεπερνά τα νούμερα των 500 δισεκατομμυρίων πράξεων. Καταδεικνύει μια στροφή της κινεζικής έρευνας από την απλή κατασκευαστική σμίκρυνση (όπου υπάρχουν εμπορικοί περιορισμοί και εμπάργκο) προς την «έξυπνη αρχιτεκτονική».
Οι ερευνητές του Peking University αποδεικνύουν ότι η επόμενη μέρα της πληροφορικής μπορεί να μην βασίζεται σε μικρότερα τρανζίστορ, αλλά σε εξυπρότερη φυσική. Συνδυάζοντας τα μαθηματικά απευθείας με τις φυσικές ιδιότητες των υλικών (Physics-Math Integration), δημιουργούν chips που δεν είναι απλώς αριθμομηχανές γενικής χρήσης, αλλά εξειδικευμένα εργαλεία υψηλής απόδοσης.
Καθώς η ζήτηση για AI εφαρμογές αυξάνεται εκθετικά, τέτοιες υβριδικές λύσεις ενδέχεται να αποτελέσουν τη γέφυρα για την επόμενη γενιά υπολογιστικής ισχύος, παρακάμπτοντας τους περιορισμούς που θέτει η τρέχουσα τεχνολογία ημιαγωγών.
