Учени изобретиха термодинамичен компютър, който генерира изображения 10 млрд. пъти по-ефективно от AI

Американски учени предложиха да се използва термодинамична изчислителна технология в генератори на изображения, базирани на изкуствен интелект – тя позволява да се намалят енергийните разходи за някои операции с до 10 милиарда пъти.

Генеративните AI модели, включително DALL-E, Midjourney и Stable Diffusion създават фотореалистични изображения, но консумират огромни количества енергия.

Това са дифузионни модели. По време на обучението им се представят големи набори от изображения, към които постепенно се добавя шум, докато картината заприлича на смущенията в стар телевизор. След това невронната мрежа овладява обратния процес и генерира нови изображения при поискване. Проблемът се състои в това, че изчисленията за AI алгоритмите с добавяне и последващо отстраняване на шума консумират твърде много енергия – термодинамичните изчисления могат да ги намалят непропорционално на възможностите на съвременното цифрово оборудване, твърдят от Националната лаборатория „Лорънс“ в Бъркли (Калифорния).

При термодинамичните изчисления се използват физически вериги, които променят параметрите си в отговор на шум, например причинен от случайни топлинни колебания в околната среда. Стартъпът Normal Computing е създал чип, базиран на 8 свързани помежду си резонатора – които са свързани според вида на проблема, който чипът решава. След това резонаторите се излагат на въздействието на околната среда, внасят шум във веригата и по този начин извършват изчисления. След като системата достигне състояние на равновесие, решението се прочита от новата конфигурация на резонаторите.

Учени от Националната лаборатория „Лорънс“ в Бъркли показаха, че е възможно да се изгради термодинамична версия на невронна мрежа. Тази техника създава предпоставки за генериране на изображения с помощта на термодинамични изчисления. Набор от изображения се въвежда в термодинамичен компютър, след което компонентите на компютъра се подлагат на естествените въздействия на околната среда, докато връзките, свързващи тези компоненти, достигнат състояние на равновесие. След това се изчислява вероятността термодинамичният компютър с дадено състояние на връзките да може да обърне този процес и стойностите на тези връзки се коригират, за да се увеличи тази вероятност до максимум.

Симулациите потвърдиха, че е възможно да се създаде термодинамичен компютър, чиито настройки могат да генерират изображения на ръкописни цифри.

Това е постигнато без жадни за енергия цифрови невронни мрежи или създаващ шум генератор на псевдослучайни числа. В сравнение с цифровите невронни мрежи термодинамичните компютри са все още примитивни, признават учените и те все още не знаят как да ги проектират, за да работят на ниво DALL-E. По отношение на енергийната ефективност обаче, те обещават значително предимство.