Енергийният парадокс на ИИ: Могат ли древни механизми да спасят съвременните технологии?

Съвременните компютри са почти изцяло цифрови. Интернет, алгоритмите на изкуствения интелект, екраните на устройствата – всичко това работи с електронни схеми, които манипулират двоични цифри – 0 и 1. Живеем в цифрова епоха.

Въпреки това не е очевидно защо една система, която работи с дискретни частици информация е толкова добра в моделирането на нашия непрекъснат аналогов свят. В продължение на хиляди години хората са използвали аналогови изчислителни устройства, за да разбират и предсказват природни явления.

Един от първите известни аналогови компютри е механизмът от Антикитира от Древна Гърция, който използвал много зъбни колела, за да предсказва затъмненията и да изчислява положението на Слънцето и Луната. През 17-и век са изобретени логаритмични линийки, които извършват математически операции, които правят възможно изпращането на човек на Луната. В края на 19-и век Уилям Томсън, известен като лорд Келвин разработва машина, използваща валове, лостове и ролки, за да симулира влиянието на небесните тела върху приливите и отливите. Подобни устройства са използвани десетилетия по-късно за планиране на десанта в „Денят Д“ в Нормандия.

Десантът в Нормандия е военна операция на Великобритания, САЩ и Канада срещу Третия райх, част от Втората световна война. 

Общите характеристики на тези устройства са физически системи, конфигурирани да изпълняват същите математически уравнения, които описват интересуващите ни явления.

Например, машината за приливи и отливи на Томсън е вдъхновена от математическите постижения от 19-и век, които превръщат предсказването на приливите и отливите в сложен тригонометричен израз. Ръчното изчисляване на този израз е било трудоемко и склонно към грешки. Валовете и ролките на машината на Томсън са били настроени така, че въртенето им е давало на потребителя резултат, идентичен с решаването на желаното уравнение.

Кулминацията на аналоговите изчисления е диференциалният анализатор, конструиран за първи път от Ваневар Буш в Масачузетския технологичен институт през 1931 година.

Анализаторът използва сложна поредица от зъбни колела и валове, задвижвани от електродвигатели и може да изчислява огромен брой диференциални уравнения, използвани за моделиране на физични явления. Промяната на едно уравнение обаче изисквало трудоемко ръчно пренастройване на машината.

Съвременните цифрови изчислителни технологии, които започват да се използват в края на 30-те години на 20-и век първоначално са тромави, скъпи и отстъпват на аналоговите машини. Цифровите изчисления обаче имаха своите предимства: те бяха по-лесни за програмиране и често по-точни. С появата на транзисторите и последвалия напредък, продиктуван от закона на Мур, цифровите изчислителни машини бързо завладяха пазара.

С разрастването на цифровия свят обаче нарастват и разходите за него. Всяко превключване на цифров бит изисква малко количество енергия.

Новите системи за изкуствен интелект изискват огромна изчислителна мощност. Например, Microsoft и OpenAI планират да построят център за данни на стойност 100 млрд. долара, който ще консумира около 5 гигавата енергия, което е приблизително колкото мощността на пет ядрени реактора.

Аналоговите изчисления предлагат алтернатива. Невронните мрежи, които захранват системите c изкуствен интелект правят прогнози чрез многократно извършване на поредица от операции за умножение и събиране. Аналоговите системи могат да изпълняват подобни задачи с по-малко енергия.

Предимствата на цифровите изчисления са реални, но техните недостатъци също са реални. Може би, обръщайки се към миналото на компютрите, изследователите могат да насочат развитието в нова посока, използвайки изпитаната във времето аналогова технология.