كشف باحثون في جامعة توهوكو وجامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا، عن نموذج أولي حاسوبي احتمالي. يمكن تصنيع النموذج الأولي باستخدام تقنية المستقبل القريب، ويجمع بين أكسيد المعدن التكميلي أشباه الموصلات دائرة (CMOS) تحتوي على عدد محدود من المغناطيسات النانوية العشوائية، مما يؤدي إلى إنشاء حاسوب احتمالي غير متجانس.
إن تطوير أجهزة كمبيوتر قادرة على تنفيذ الخوارزميات الاحتمالية بكفاءة والتي تستخدم بشكل متكرر في الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي يمثل تحديًا سعى العلماء منذ فترة طويلة للتغلب عليه. يقدم النهج الموضح في هذا العمل حلاً واعدًا وممكنًا لمعالجة هذه المشكلة، حيث يؤكد الباحثون أن أدائها الحسابي المتفوق وكفاءة استخدام الطاقة يفوقان تقنية CMOS الحالية.
ونشرت تفاصيل هذا الاختراق في المجلة طبيعة الاتصالات في مارس 27 ، 2024.
لقد كان للذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في الآونة الأخيرة تأثير تحويلي على المجتمعات. في مثل هذه التكنولوجيا، يتم استخدام الخوارزميات الاحتمالية لحل المشكلات التي يكون فيها عدم اليقين متأصلًا أو حيث يكون الحل الدقيق غير ممكن حسابيًا. تتبع هذه العمليات تعليمات محددة داخل دوائر CMOS، ولكن في بعض الأحيان توجد تناقضات بين كيفية عمل البرامج (التعليمات) والأجهزة (الدوائر) معًا، مما يؤدي إلى تناقضات في النتائج.
ومع توسع دور الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، هناك طلب قوي على نموذج حوسبة جديد يوفق بين هذا عدم التطابق، ويحقق قدرًا أكبر من التطور مع تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير.
في هذه الدراسة، قام طالب الدراسات العليا كيتو كوباياشي والبروفيسور شونسوكي فوكامي من جامعة توهوكو، جنبًا إلى جنب مع الدكتور كيرم كامساري من جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا، وزملائهم، بتطوير نسخة غير متجانسة في المستقبل القريب من جهاز كمبيوتر احتمالي مصمم لتنفيذ العمليات الاحتمالية الخوارزميات والتصنيع السهل.
يقول فوكامي: "أظهر نموذجنا الأولي أنه يمكن تحقيق أداء حسابي ممتاز من خلال تشغيل مولدات أرقام عشوائية زائفة في دائرة CMOS حتمية بأرقام عشوائية مادية يتم إنشاؤها بواسطة عدد محدود من المغناطيسات النانوية العشوائية". "على وجه التحديد، يجب أن يكون عدد محدود من البتات الاحتمالية (p-bits) ذات تقاطع النفق المغناطيسي العشوائي (s-MTJ)، قابلاً للتصنيع باستخدام تقنية التكامل في المستقبل القريب."
وأوضح الباحثون أيضًا أن الشكل النهائي للكمبيوتر الاحتمالي للإلكترونيات السبينية، والذي يتكون بشكل أساسي من s-MTJs، سوف يؤدي إلى انخفاض بمقدار أربعة درجات من حيث الحجم في المساحة وانخفاض بمقدار ثلاثة درجات من حيث الحجم في استهلاك الطاقة مقارنةً بالكمبيوتر. دوائر CMOS الحالية عند تشغيل الخوارزميات الاحتمالية.
في النهاية، يعالج النموذج الأولي الذي وضعه فوكامي وزملاؤه القيود المفروضة على دوائر CMOS الحتمية الحالية للذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. ويضيف فوكامي: "نتوقع أن تتقدم الأبحاث والتطوير في المستقبل، مما يؤدي إلى تطبيق أجهزة حوسبة مبتكرة في المجتمع تتميز بأداء حسابي استثنائي وقدرات توفير الطاقة".