Что такое аналоговый ИИ
Это система, которая использует аналоговые методы вычисления и среды вместо цифровых, чтобы выполнять заданные функции.
Важно понимать, что цифровые и аналоговые расчеты — это два разных способа обработки информации. В первом случае данные разбиваются на дискретные части, каждая из которых представляет собой единицу или ноль, во втором случае — воспринимаются компьютером в виде непрерывных значений. Аналоговый сигнал можно сравнить с часами, по циферблату которых перемещаются стрелки. Их движение показывает непрерывное и плавное изменение времени. На цифровых же часах мы видим конкретные числа, которые прерывисто сменяют друг друга. Рассмотрим, как это работает в контексте искусственного интеллекта.
Большинство современных цифровых компьютеров, в том числе те, которые участвуют в обучении ИИ, базируются на архитектуре фон Неймана. Ее особенность заключается в том, что для вычислений нужно постоянно перемещать данные из памяти в процессор. Если говорить максимально просто: машина берет сведения из памяти для обработки, а когда результат готов, отправляет его обратно, чтобы сохранить. Когда искусственный интеллект обучается на таком компьютере, инструкции и другие файлы, которыми оперирует ИИ, постоянно передвигаются по маршруту «процессор — память — процессор — память». Несмотря на то, что эта процедура делает вычисления максимально точными, она занимает время и требует очень много энергии.
Мировые ученые пришли к выводу, что решить проблему могут аналоговые вычисления. В 2023 году компании IBM выпустила новую смешанную микросхему для ИИ, где сочетаются цифровые и аналоговые технологии.
Как устроен аналогово-цифровой чип для ИИ
Чип от IBM содержит 64 аналоговых тайла — вычислительных ядра. В тайлах находятся синаптические ячейки. Благодаря такой конструкции принцип работы микросхемы схож с человеческим мозгом. Последний обрабатывает информацию, создавая связи и передавая сигнал между нейронами, а чип — между синаптическими ячейками.
Чтобы микросхема могла работать с аналоговыми и цифровыми данными, в каждый тайл встроен временный преобразователь, который трансформирует единицы и нули в аналоговые сигналы — и наоборот. Метафорически это можно представить как переход от азбуки Морзе (дискретные значения) к мелодии (непрерывный сигнал) и обратно.
Важным отличием продукта IBM от обычных цифровых чипов является то, что датасеты и инструкции для работы модели ИИ хранятся в тайлах, где и происходят вычисления. Это значит, что все необходимое находится «под рукой», и не нужно постоянно перемещать данные из блока памяти в процессор, тратя огромное количество энергии.
Преимущества и недостатки аналогового ИИ
Преимущества
- Энергосбережение. Аналоговые технологии потребляют намного меньше ресурсов по сравнению с цифровыми.
- Эффективность вычислений. Такой ИИ может быть более полезен для отдельных видов задач. Например, для работы с матрицами, которые используются при обучении глубинных нейросетей.
- Скорость. Информация хранится и обрабатывается в одном месте чипа, а значит, процесс происходит быстрее. К тому же аналоговые системы способны преобразовывать несколько сигналов параллельно, что дополнительно ускоряет работу.
Недостатки
- Точность. Цифровые системы могут «разбивать» данные, которые обрабатывают, на огромное количество битов (0 и 1) для большей детализации. К тому же они меньше подвергаются влиянию шумов, искажений и других внешних факторов. За счет этого такие системы дают более точный результат, чем аналоговые.
- Ограниченная инфраструктура. Большинство современных инструментов разработки, библиотек и алгоритмов оптимизированы для цифровых систем.
В каких сферах можно использовать ИИ на базе аналогово-цифровых чипов
- Робототехника. Аналогово-цифровые чипы могут предложить более быстрое преобразование данных с датчиков и камер, что улучшит поведение роботов, которые взаимодействуют с внешней средой в режиме реального времени.
- Энергоэффективные устройства. Для портативных гаджетов, беспилотных летательных аппаратов и других подобных технологий будет полезно малое энергопотребление аналоговых систем.
- Нейроморфные вычисления. Принцип работы искусственного интеллекта на базе аналогово-цифровых чипов больше схож с деятельностью человеческого мозга, чем традиционные модели.