Mesin Koneksi Menggabungkan Semua ke Semua untuk Mengoptimalkan Lebih Baik

admin Avatar

Posted on :

Masalah optimasi—seperti menjadwalkan ratusan pertandingan National Football League (NFL) sambil berusaha mematuhi banyak aturan liga—dapat menghabiskan sumber daya komputasi yang sangat besar. Beberapa masalah seperti itu tidak praktis bahkan untuk superkomputer masa kini. Terinspirasi oleh fenomena kuantum dan cara komputasi berbasis fisika lainnya, para peneliti telah mencoba mengembangkan komputer khusus yang dapat memecahkan masalah pelik ini dengan lebih cepat dan efisien.

Dalam upaya terbaru, para insinyur di Universitas Minnesota telah menemukan cara untuk mengkodekan masalah ini ke dalam sebuah chip yang dibuat menggunakan sirkuit CMOS standar. Seperti mesin Ising lainnya, mesin ini memodelkan jaringan putaran magnet yang saling berhubungan. Namun tidak seperti yang lain, ia berhasil menghubungkan 48 putaran satu sama lain. Dalam beberapa tahun terakhir, koneksi menyeluruh seperti ini telah terbukti menjadi kunci dalam mengatasi banyak masalah dengan cepat.

“48 koneksi all-to-all adalah pencapaian yang tidak sepele.”
—Peter McMahon, Universitas Cornell

Model Ising mengubah masalah optimasi menjadi kumpulan momen magnetik yang saling berhubungan, atau putaran, yang dapat berupa “naik” atau “turun”. Putaran ini terhubung satu sama lain, dan putaran yang berdekatan ingin memiliki arah yang berlawanan. Masalah optimasi dipetakan pada kekuatan dan polaritas koneksi ini. Seluruh koleksi kemudian dibiarkan rileks ke dalam keadaan sedekat mungkin dengan semua putaran untuk mendapatkan apa yang mereka inginkan; total energi sistem diminimalkan, dan itulah jawaban dari masalah optimasi.

Melakukan hal ini dalam perangkat lunak atau bahkan perangkat keras digital yang dirancang untuk mempercepat algoritma Ising telah mencapai beberapa keberhasilan, namun masih terbatas. Pendekatan baru ini “menggunakan alam untuk memecahkan masalah,” kata Chris Kim, profesor insinyur listrik di Universitas Minnesota yang memimpin penelitian tersebut. “Alam ingin menetap pada kondisi energi yang lebih rendah.”

Inti dari chip adalah serangkaian rangkaian inverter yang saling berhubungan. Merangkai inverter satu demi satu menghasilkan rangkaian osilator. Array ini pada dasarnya terdiri dari 48 osilator dalam arah horizontal dan vertikal. Tempat bertemunya setiap osilator horizontal dan vertikal merupakan sambungan berbobot yang mewakili kekuatan sambungan antara dua putaran. Dengan cara itu setiap putaran terhubung satu sama lain.

Osilasi berinteraksi sedemikian rupa sehingga meniru model Ising yang bergerak ke keadaan energi yang lebih rendah. Setelah beberapa mikrodetik, rangkaian membaca fase osilasi pada titik yang berbeda, memberikan jawabannya.

Chip pertama dibuat dalam proses 65 nm, yang menggunakan transistor planar. Kim berharap dapat membuat versi teknologi yang lebih maju yang menggunakan FinFET untuk membuktikan bahwa teknologi tersebut dapat berfungsi bahkan ketika skalanya diperkecil.

Timnya juga berencana mengembangkan blok sirkuit yang akan dengan cepat memeriksa kualitas solusi yang dihasilkan sirkuit Ising. Akselerator pengoptimalan dapat terhenti pada solusi yang berhasil namun bukan solusi terbaik. Untuk menghilangkan masalah tersebut, pemeriksa kualitas akan mengganggu solusi, menjalankan model lagi, membandingkan jawaban, dan mungkin mengulangi prosesnya lagi. Dorongan kecil ini pada akhirnya dapat memberikan jawaban yang optimal.

Penelitian yang dipublikasikan di Nature Electronics bulan lalu ini merupakan penelitian pertama yang memperoleh dana hibah sebesar $6,8 juta dari program DARPA Quantum-Inspired Classical Computing (QuICC). Tujuannya adalah untuk menunjukkan jalan menuju peningkatan kinerja 500 kali lipat dalam jumlah energi yang dibutuhkan untuk memecahkan masalah optimasi besar yang relevan dengan Departemen Pertahanan AS. Chip uji Kim memerlukan 105 miliwatt untuk menyelesaikan masalah koneksi paling padat, namun masalah dengan koneksi jarang hanya membutuhkan 16 miliwatt. Kelompok Minnesota berkolaborasi dengan peneliti di Intel dalam pengujian tersebut.

Besarnya masalah optimasi

Menurut Kim, hambatan terbesar dalam mencapai dampak besar dari chip Ising adalah kecil kemungkinannya bahwa teknologi ini dapat memberikan koneksi menyeluruh yang jauh lebih besar yang dibutuhkan untuk masalah-masalah yang relevan dengan industri. Para peneliti harus menemukan cara untuk memanfaatkan ratusan atau bahkan ribuan array ini untuk memecahkan masalah besar, seperti halnya banyak GPU yang digunakan untuk melatih AI berukuran besar.

Namun demikian, mencapai usia 48 tahun pun merupakan sebuah pencapaian.

“48 koneksi all-to-all merupakan tonggak sejarah yang tidak sepele,” kata Peter McMahon, asisten profesor teknik terapan dan fisika di Cornell University yang merupakan bagian dari tim yang bersaing dalam upaya DARPA untuk teknologi Ising. “Hasil judulnya terdengar sangat mengesankan, dan ada beberapa hal baru dalam cara mereka mencapai hal ini.”

McMahon adalah pionir dalam mesin Ising optik, yang mengandalkan gelombang cahaya, sebuah teknologi yang sedang dikembangkan oleh Microsoft Research. Namun dalam program DARPA, dia adalah bagian dari tim yang mengerjakan chip Ising berdasarkan sirkuit superkonduktor.

McMahon setuju dengan Kim bahwa masalah besar yang dihadapi teknologi ini adalah hanya sedikit masalah menarik yang masuk ke dalam 48 putaran yang belum dapat diselesaikan secara efisien pada CPU.

Chip baru ini dimulai sebagai sketsa yang digambar tangan oleh Chris Kim

Namun para peneliti di Universitas Princeton menemukan satu masalah yang mungkin terjadi. 5G dan nirkabel 6G di masa depan bergantung pada penggunaan sistem antena multiple input multiple output (MIMO) yang masif. Sistem tersebut mengirim dan menerima sinyal pada beberapa antena sekaligus untuk meningkatkan kecepatan data. Namun, interferensi tidak dapat dihindari jika terdapat begitu banyak antena yang aktif secara bersamaan. Terdapat algoritma untuk menguraikan sinyal, namun saat ini algoritma tersebut terlalu rumit untuk diselesaikan oleh komputer stasiun pangkalan dalam beberapa milidetik yang mereka miliki.

Solusinya saat ini adalah menyediakan lebih banyak antena di stasiun pangkalan dibandingkan jumlah pengguna seluler di wilayah tersebut, dan hal ini sangat tidak efisien. Tim Princeton, yang mencakup McMahon dan dipimpin oleh Kyle Jamieson, menghasilkan solusi model Ising yang melipatgandakan throughput dibandingkan dengan standar industri dan dapat disesuaikan dengan sistem skala chip yang sedang dikembangkan DARPA. Kelompok Kim telah mulai berkolaborasi dengan tim Jamieson.

Dari Artikel Situs Anda

Artikel Terkait di Seluruh Web

Source link

Pola Slot Gacor Terbaru

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *