AI az üvegkockában

Mi lenne, ha az AI-modellt egyszerűen belepattintanánk az alaplapba?

Egy ideje azon gondolkodom, hogy a mesterséges intelligenciához feltétlenül úgy kell-e számítógépet építeni, ahogy most elképzeljük. Van egy modellünk, vannak benne súlyok, ezeket adatként tároljuk, aztán egy processzor elvégzi a hozzájuk tartozó műveleteket. Erre egyre nagyobb teljesítményű hardvereket építünk. Engem viszont az érdekel, hogy magát a számítást hogyan lehetne másképp megvalósítani.

Mi lenne, ha a súlyokat egy anyag fizikai tulajdonságai hordoznák? Ha a bemenő jel egy olyan szerkezeten haladna keresztül, amely eleve a kívánt átalakítást végzi el rajta?

Innen indult az optikai AI-agy ötletem.

Képzeljünk el vékony üveg- vagy zafírrétegeket, amelyekbe lézerrel apró struktúrákat alakítunk ki. Ezeket egymásra helyezve kapnánk egy kis átlátszó kockát. A rétegek belső kialakítása határozná meg, hogyan halad át rajtuk a fény, hogyan változik az iránya és a fázisa, és hogyan találkoznak egymással a hullámok.

A bemenetet fény formájában juttatnánk bele. A túloldalon érzékelők mérnék a kialakuló eredményt. A kettő között maga az anyag szerkezete végezné el a tervezett átalakítást.

Ebben az elképzelésben a modellnek fizikai alakja lenne. A kapcsolatok és súlyok az üveg belső szerkezetében jelennének meg. Ahogy egy lencse alakja meghatározza, hogyan gyűjti össze a fényt, úgy ez a jóval összetettebb struktúra is meghatározott módon alakítaná át a bemenő jelet. Hogy ebből mekkora és milyen képességű neurális hálózat építhető, az már a megoldandó mérnöki feladat része.

A számítógép többi része nyugodtan maradhatna digitális. A bemenet előállítását, a vezérlést és a kimenet feldolgozását végezhetné hagyományos elektronika. Engem elsősorban az érdekel, hogy a számítás magját rá lehetne-e bízni a hullámterjedésre.

A végterméket egy alaplapi foglalatba illeszthető, cserélhető modellkockának képzeltem el. Megjelenik egy új modell, megveszed, kiveszed a régit, és bepattintod az újat. A modellfrissítésnek ebben a változatban egészen kézzelfogható jelentése lenne.

Persze ez rögtön felvet egy csomó kérdést. Hogyan fordítunk le egy betanított hálózatot legyártható optikai szerkezetté? Milyen pontossággal kell ezt előállítani? Hogyan kezeljük a gyártási eltéréseket? Hol és hogyan valósulnak meg a hálózat működéséhez szükséges nemlineáris lépések? Egy üvegkockától önmagában még nem lesz kész AI-rendszerünk.

A holografikus kialakítás lehetősége is felmerült bennem. Érdekes lenne olyan szerkezetet tervezni, amelynek a viselkedését a megvilágítás szöge vagy a fény színe is befolyásolja. Így a kocka használatában a megvilágítás módja is szerepet kaphatna. Ezt egyelőre tervezési iránynak tekintem; azt kellene megvizsgálni, milyen hasznos műveleteket lehet vele ténylegesen megvalósítani.

A gondolatmenet közben aztán eljutottam egy másik változathoz is. Miért ragaszkodnék feltétlenül a fényhez? Az alapötlet számomra a hullámok fizikai viselkedésének felhasználása. Ezt rádiófrekvenciás jelekkel is érdemes lenne megvizsgálni.

Ennél már programozhatóbb megoldásban gondolkodtam. Olyan áramköri modult képzeltem el, amelynél a súlyt a jel frekvenciájával, a bemenetet pedig az amplitúdójával vagy a fázisával lehetne megadni. A modul fizikai válaszából kellene előállnia a kívánt művelet eredményének.

Például egy 4 bites súlynak 16 lehetséges értéke van. Az elképzelésem az volt, hogy ezeket a megengedett bemenetekkel együtt rádiófrekvenciás szimulációban vizsgálnám, és olyan nyomtatott áramköri kialakítást keresnék, amely megfelelően viselkedik. Ha egy ilyen általános modul működne, sok példányából lehetne nagyobb neurális feldolgozót építeni. Ebben a változatban a súlyokat már működés közben lehetne megadni.

Ez persze ugyanúgy bizonyításra váró elképzelés. Meg kellene mérni a pontosságát, a zajérzékenységét, a fogyasztását, és azt is, hogy a jelek előállítása meg a kimenetek kiolvasása mennyibe kerül. Az egész rendszernek kell értelmesen működnie. Kevés, ha középen van egy elegáns fizikai megoldás, miközben a körítése elviszi az összes előnyt.

Első lépésként egyetlen kis művelet működő megvalósítása is érdekelne. Olyan eredmény, amit be lehet adni, ki lehet mérni, és össze lehet hasonlítani az elvárttal. Utána lehet beszélni arról, hogyan lesz belőle nagyobb rendszer.

Nekem ebben az egészben az tetszik, hogy a modell és a hardver közötti határt kezdi el feszegetni. Megszoktuk, hogy a hardver futtatja a modellt. Én azt szeretném megvizsgálni, meddig lehet elmenni abba az irányba, hogy maga a fizikai szerkezet valósítsa meg a működését.

Aztán lehet, hogy valamelyik gyakorlati problémán elbukik az egész. De ezt szívesebben deríteném ki egy szimulációból vagy egy asztalon működő prototípusból, mint abból, hogy elsőre szokatlanul hangzik.