الحوسبة التي تعتمد على الضوضاء: تحول نموذج

دخل نموذج الحوسبة الجديد – الحوسبة الديناميكية – إلى المشهد. حسنًا ، حسنًا ، ربما يكون ذلك فقط الحوسبة الاحتمالية باسم جديد. كلاهما يستخدم الضوضاء (مثل تلك التي تسببها التقلبات الحرارية) بدلاً من محاربتها ، لإجراء الحسابات. ولكن لا يزال ، إنه نهج مادي جديد.

يقول Behtash Behin-Aein ، CTO ومؤسس شركة Complistic Computing Ludwig ، “إذا كنت تتحدث عن نماذج الحوسبة ، فهذا هو نفس نموذج الحوسبة”. ويضيف: “إنه تطبيق جديد”.

في منشور حديث في اتصالات الطبيعة، قامت شركة Startup Normal Computing التي تتخذ من نيويورك مقراً لها بتفصيل النموذج الأولي الأول لما يسمونه الكمبيوتر الديناميكي الحراري. لقد أثبتوا أنه يمكنهم استخدامه لتسخير الضوضاء لعكس المصفوفات. كما أظهروا أخذ عينات غاوسية ، والتي تكمن وراء بعض تطبيقات الذكاء الاصطناعي.

كيف يمكن للضوضاء أن تساعد بعض مشاكل الحوسبة

تقليديا ، الضوضاء هي عدو الحساب. ومع ذلك ، تعتمد بعض التطبيقات فعليًا على الضوضاء التي تم إنشاؤها مصطنعًا. واستخدام الضوضاء التي تحدث بشكل طبيعي يمكن أن تكون أكثر كفاءة.

يقول Zachery Belateche ، الرصاص الهندسي السيليكون في الحوسبة العادية: “إننا نركز على الخوارزميات القادرة على الاستفادة من الضوضاء والستوكاستيك وغير الحتمي”. “تبين أن مساحة الخوارزمية هذه ضخمة ، كل شيء من الحوسبة العلمية إلى الذكاء الاصطناعي إلى الجبر الخطي. لكن الكمبيوتر الديناميكي الحراري لن يساعدك على التحقق من بريدك الإلكتروني في أي وقت قريب.”

بالنسبة لهذه التطبيقات ، يبدأ الحاسوب الديناميكي الحراري-أو الاحتمالي-بمكوناته في بعض الحالة شبه العشوائية. بعد ذلك ، تتم برمجة المشكلة التي يحاول المستخدم حلها في التفاعلات بين المكونات. بمرور الوقت ، تسمح هذه التفاعلات للمكونات بالوصول إلى التوازن. هذا التوازن هو الحل للحساب.

هذا النهج هو مناسب طبيعي لبعض تطبيقات الحوسبة العلمية التي تشمل بالفعل العشوائية ، مثل محاكاة مونت كارلو. كما أنه مناسب تمامًا لخوارزمية توليد صور الذكاء الاصطناعي ، ونوع من الذكاء الاصطناعي المعروف باسم الذكاء الاصطناعي الاحتمالي. والمثير للدهشة ، يبدو أنه مناسب جيدًا لبعض حسابات الجبر الخطي غير المحتملة بطبيعتها. هذا يجعل النهج ينطبق على نطاق أوسع على تدريب الذكاء الاصطناعي.

“الآن نرى مع منظمة العفو الدولية أن نموذج وحدات المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات يتم استخدامه ، ولكن يتم استخدامه لأنه كان هناك. لم يكن هناك شيء آخر. قل أنني وجدت منجمًا ذهبيًا. أريد أن أحفره بشكل أساسي. هل لدي مجرفة؟ أم أن لديّ جوفاء؟ “نحن نقول هذا عالم مختلف يتطلب أداة مختلفة.”

نهج الحوسبة العادية

تتكون رقاقة النموذج الأولي للحوسبة العادية ، والتي وصفتها وحدة المعالجة العشوائية (SPU) ، من ثمانية مرافق ممرات للمكثفات ومولدات الضوضاء العشوائية. يتم توصيل كل مرنان ببعض المرنان الآخر عبر مقرنة قابلة للضبط. تتم تهيئة الرنين مع الضوضاء التي تم إنشاؤها عشوائيا ، وتتم برمجة المشكلة قيد الدراسة في أدوات التوصيل. بعد أن يصل النظام إلى التوازن ، تتم قراءة وحدات الرنين للحصول على الحل.

يقول غافن كروكس ، عالم أبحاث الموظفين في الحوسبة العادية: “في رقاقة تقليدية ، كل شيء يتم التحكم فيه للغاية”. “خذ قدمك عن السيطرة قليلاً ، وسيبدأ الشيء بشكل طبيعي في التصرف بشكل عشوائي.”

على الرغم من أن هذا كان دليلًا ناجحًا للمفاهيم ، إلا أن فريق الحوسبة العادية يعترف بأن هذا النموذج الأولي غير قابل للتطوير. لكنهم قاموا بتعديل تصميمهم ، والتخلص من المحاثات الصعبة إلى النطاق. إنهم يخططون الآن لإنشاء تصميمهم التالي في Silico ، بدلاً من لوحة الدوائر المطبوعة ، ويتوقعون أن تظهر شريحةهم التالية في وقت لاحق من هذا العام.

إلى أي مدى يمكن تحجيم هذه التكنولوجيا لا يزال يتعين رؤيتها. التصميم متوافق مع CMOS ، ولكن هناك الكثير مما يجب عمله قبل استخدامه لحل مشاكل العالم الحقيقي على نطاق واسع. “إنه لأمر مدهش ما فعلوه” ، كما يقول Bozchalui من Ludwig Computing. “لكن في الوقت نفسه ، هناك الكثير مما يجب عمله لأخذها حقًا مما هو اليوم إلى منتج تجاري إلى شيء يمكن استخدامه على نطاق واسع.”

رؤية مختلفة

على الرغم من أن الحوسبة الاحتمالية والحوسبة الديناميكية الحرارية هي في الأساس نفس النموذج ، إلا أن هناك فرقًا ثقافيًا. تتبع الشركات والباحثون الذين يعملون على الحوسبة الاحتمالية تقريبًا جذورها الأكاديمية إلى مجموعة Supryo Datta في جامعة بوردو. ومع ذلك ، فإن المؤسسين الثلاثة للحوسبة العادية ليس لديهم علاقات مع Purdue ويأتي من خلفيات في الحوسبة الكمومية.

ينتج عن هذا الحوسبة العادية التي لها رؤية مختلفة قليلا. إنهم يتخيلون عالمًا يتم فيه استخدام أنواع مختلفة من الفيزياء لأجهزة الحوسبة الخاصة بهم ، وكل مشكلة تحتاج إلى حل تتطابق مع تطبيق الأجهزة الأكثر أمانًا.

“لقد صاغنا هذا المصطلح ASICs المستندة إلى الفيزياء” ، كما يقول Belateche من الحوسبة العادية ، في إشارة إلى الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق. في رؤيتهم ، سيتمكن الكمبيوتر المستقبلي من الوصول إلى وحدات المعالجة المركزية التقليدية ووحدة معالجة الرسومات ، ولكن أيضًا رقاقة الحوسبة الكمومية ، وشريحة الحوسبة الديناميكية الحرارية ، وأي نموذج آخر قد يحلم به. وسيتم إرسال كل حساب إلى ASIC يستخدم الفيزياء الأكثر ملاءمة للمشكلة المطروحة.