Ny datamaskin drives av lys – kan få enorm betydning for KI

Konvensjonell datateknologi begynner å nærme seg en fysisk ytelsesgrense, og samtidig er den pågående KI-revolusjonen umettelig når det gjelder maskinkraft.

Derfor har forskere begynt å eksperimentere med alternative teknologier med nye tilnærminger som kan levere høyere effektivitet. En av disse tilnærmingene er såkalt optisk datateknologi, og der melder Microsoft nå om fremskritt.

Analog, optisk datamaskin

Selskapet opplyste nylig på nettsidene sine at de har utviklet det de kaller en analog, optisk datamaskin med lovende egenskaper. Arbeidet med teknologien startet allerede for flere år siden og har nå begynt å bære frukter.

Den optiske datamaskinen er laget ved hjelp av optiske og elektroniske komponenter beregnet på vanlige forbrukere, og teknologien er både rimelig og skalerbar, bedyrer Microsoft.

Sentralt i løsningen er altså fotoner, eller lyspartikler, som benyttes til utregningene.

– Fotoner er de grunnleggende partiklene i lys, og de samhandler ikke med hverandre. Men når de passerer gjennom et mellomledd, som sensoren i et digitalkamera, kan de brukes i beregninger. Microsoft-forskerne brukte projektorer med optiske linser, digitale sensorer og mikro-LED-er – som er mange ganger tynnere enn et menneskehår – til å bygge maskinen, skriver Microsoft om virkemåten.

Selskapet forklarer videre at når lys passerer gjennom de digitale sensorene med ulike intensiteter, kan dette brukes til å legge sammen og multiplisere tall. Det gjør den velegnet til å løse optimaliseringsproblemer – altså det å finne den beste løsningen blant nesten uendelig mange muligheter.

Mye mer effektivt enn GPU-er

Maskinen forskerne bygget, har 256 såkalte vekter, eller parametre, som i grove trekk definerer kapasiteten til systemet. Disse parametrene kan økes i antall ved å simpelthen legge til stadig flere mikro-LED-er, helt opp til over én milliard parametre, sier Microsoft.

En av de store fordelene med maskinen er at den utfører beregningene direkte i maskinvaren med lys og analoge komponenter, der «minne» og beregning skjer samtidig. Resultatet er høyere ytelse og energieffektivitet.

I tradisjonelle datamaskiner er minne og prosessor separate, slik at data hele tiden må flyttes frem og tilbake mellom lagring og prosessering, noe som begrenser hastigheten og øker energibruken—spesielt for KI-modeller som håndterer store mengder informasjon

Forskerne skriver at løsningen kan levere over 100 ganger høyere energieffektivt enn dagens ledende GPU-er, noe som altså kan få store konsekvenser med tanke på GPU-konsumet til dagens KI-teknologi.

En av oppgavene maskinen ble satt til å løse, var et finansielt optimaliseringsproblem som innebar å matche og gjøre opp tusenvis av transaksjoner mellom banker og finansinstitusjoner. Samtidig må en rekke kriterier oppfylles, som regulatoriske krav, reduksjon av risiko, og reduksjon av kostnader og tidsbruk.

Flere tilnærminger

Forskerne konstruerte et eksempelproblem med 1800 hypotetiske parter og 28.000 transaksjoner, som maskinen løste med selve maskinvaren. Det ble imidlertid også utviklet en «digital tvilling», altså en virtuell versjon av maskinen som emulerer maskinvarens virkemåte.

Den digitale tvillingen viste at langt mer kompliserte optimaliseringsproblemer kan løses dersom teknologien videreutvikles. Et annet eksperiment viste at teknologien kan brukes til å gjøre MR-skanning langt mer effektivt dersom den skaleres kraftig opp.

Ennå er teknologien eksperimentell, og det er uvisst når vi kan se kommersielle og bredt anvendelige maskiner i aksjon. Alle de tekniske detaljene kan man forøvrig finne i selve forskningsdokumentet.

Flere aktører jobber med ulike tilnærminger til optisk datateknologi. Digi har blant annet skrevet om kinesiske forskere som har utviklet den første programmerbare logiske matrisen kun basert på lys, og andre har laget optiske KI-brikker.