Vědecký tým inženýrů z prestižní MIT se pustil do vývoje nového systému optických obvodů, které jsou určené pro učení hlubokých neuronových sítí. Ty jsou v současnosti extrémně populární sekcí strojového učení, respektive umělé inteligence, protože poskytují obrovské možnosti využití a schopnosti, které se vyrovnají, či dokonce překonají ty lidské. Využití světla ke zpracování logiky je úspornější a výkonnější, než pomocí klasických systémů, které dnes používáme.
V současnosti zažívají systémy postavené na hlubokých neuronových sítí revoluci a začínají nabourávat takřka všechny segmenty, které si lze představit. Jejich trénování a běh ale probíhá na standardních počítačích – ať už jsou to procesory, grafické karty nebo speciální akcelerační karty. Ve všech případech jde o elektronické čipy. Výpočty jsou velmi náročné i pro nejmodernější systémy, a tak vědci MIT několik let pracovali na systému, který tyto operace provádí mnohem efektivněji pouze pomocí světla.
Světlo místo elektřiny
Místo použití elektřiny, která základem všech čipů v počítačích, mobilních telefonech, serverech, datacentrech a podobně, se vědci zaměřili na nový systém, který už má nějakou dobu punc budoucnosti – světlo.
Optické počítače, respektive optické (světelné) čipy jsou ve vývoji z různých úhlů a i když je potenciální nahrazení elektroniky ještě daleko, tým z MIT se zaměřil čistě na použití pro hluboké neuronové sítě. Oproti ostatním týmům, které v této oblasti stvořily různé velmi rané koncepty, se jim ale podařilo vytvořit použitelný systém na bázi světla, který může být relativně snadno naškálován a použit v reálném nasazení.
Neuronové sítě jsou především o násobení matic, což je pro klasické čipy poměrně náročná záležitost. Vyvinutý optický čip ale tyto operace zvládne takřka okamžitě s nulovou spotřebou (případně tisíckrát menší, než u běžných elektronických čipů). Jak je to možné? Profesor Marin Soljačić, který má na starost celý osmičlenný tým, to vysvětlil jednoduše – i běžné čočky brýlí provádí komplexní výpočty v podobě Fourierovy transformace v rámci světelných signálů, které skrze ně prochází.
Světelný čip přizpůsobený na zpracování příchozích světelných signálů tak může mít mnohem komplexnějších logiku ve zpracování těchto signálů, kterou budou tvořit naprogramované neuronové sítě.
Programovatelný nanofotonický procesor
Na takový čip si lze „posvítit“ dle potřeby různými světelnými signály a tedy různým vstupy. Ve spojení se složitější konstrukcí (řada uspořádaných a propojených vlnovodů) lze dosáhnout programovatelného nanofotonického procesoru. Zjednodušeně řečeno, vstupní světelné signály mohou být jak data, tak i příkazy pro konfiguraci a podobně. Díky tomu lze řešit zpracování jakékoli matice.
Pro ukázku schopností současného systému, vědci naučili tento procesor, respektive neuronovou síť, rozpoznávat čtyři základní samohlásky. V rámci této konfiguraci dosáhli 77% přesnosti rozpoznání, zatímco klasické dospělé systémy, které jsou dnes dostupné, se chlubí 90% přesností. Vzhledem k tomu, v jaké fázi tento programovatelný nanofotonický procesor je, se jedná o naprosto skvělý výsledek.
Světelná budoucnost
Je jasné, že světlo budou v budoucnosti hrát mnohem důležitější roli než v současnosti, kdy ho používáme více méně jen na přenos dat pomocí optických kabelů.
Jak ukázal tento nový systém, světlo lze použít pro tvorbu zcela nových čipů, které zvládnou náročné úlohy v podobě umělé inteligence, přičemž nabídnou extrémně nízkou spotřebu. To se zpočátku bude hodit hlavně tam, kde energie není příliš dostupná – mobilní zařízení, drony, automobily a podobně.
Protože umělá inteligence zasahuje do všech segmentů, mohou být světelné procesory ještě větší revolucí, než bychom čekali. Pochopitelně minimálně zpočátku určitě nenahradí klasickou elektroniku, ale začnou být efektivní například pro převod signálů (analog – digital) a specializované operace jako je zmíněná umělá inteligence.
Bude tedy ona bájná univerzální umělá inteligence postavené na programovatelných nanofotonických čipech? Vzhledem k tomu, co už tato technologie ukazuje v těchto fázích, to lze předpokládat.
Umělá inteligence již dokáže vytvářet fotografie z fiktivních míst. Povídali jsme si o ní v Týdnu Živě:
Foto: RedCube Inc., MIT
