Extropic公司正在推出一種全新的"熱力學計算"範式,全新的硬體平台，不僅是提高計算性能,更是改變我們對"計算"這個概念的根本認知
What?
熱力學計算的核心理念是:
不再壓制世界本源的熵産生,而是與之達成共生,将自然界無處不在的熱噪聲轉化為推進計算的力量。它所追求的目标是将機率生成式人工智能算法直接嵌入到實體世界之中,讓計算過程完全貼合熱力學規律,在時空和能量方面達到實體允許的極限效率
要實作這個構想并不簡單,Extropic研究人員号稱他們突破半導體技術的局限,發明出全新的超導器件，在極低溫下利用鋁制約瑟夫頓二極管中的電子呈現出量子效應,這正是熱力學計算的關鍵所在
Why?
傳統計算已經暴露出瓶頸 摩爾定律給我們帶來的數字計算能力提升已經開始放緩,這是由于半導體制造技術無法無限縮小所導緻的。與此同時,噪聲和耗能等實體學限制也讓傳統計算架構的能力遇到了天花闆。生物體内的細胞網絡運算雖然天然高效,但它們依賴的是反應物之間本源的随機波動,而非剛性數字運算。這啟發了Extropic研究人員:也許需要重新定義"計算機"的概念,尋求一種與世界本真實體規律相融合的全新計算範式。
量子計算被寄予厚望,有望突破經典計算的極限。但噪聲一直是它的死穴。Extropic來自量子計算領域的科學家們經過多年探索,驚人地發現:噪聲未必是障礙,恰恰相反,它可以成為推動計算的動力!
他們稱之為"熱力學計算"。不同于将資料編碼為0和1的數字計算,熱力學計算利用電子在溫度存在時的熱運動,将資料映射為連續的模糊狀态。機器學習的優化過程,就好比是在控制這些量子态,使其逐漸達到目标狀态
這種全新的計算範式,不僅提高了能效,更重要的是它更加貼近大自然的運作方式
How?
Extropic是熱力學計算的實踐者。它的創始人來自量子計算領域,看清了依賴量子力學的路徑在工業化方面仍面臨重重困難,于是放棄了量子計算,轉而追求利用噪聲推進運算的新範式
Extropic是如何實作熱力學計算的?
它的第一代處理器由鋁制成,在極低溫下運作時呈現超導态。晶片上內建了多種潛在的"超導神經元"設計,利用約瑟夫森效應引入非線性,形成高維非高斯分布。通過調節神經元參數,單個裝置就能生成廣泛的機率分布族。這些被動式超導晶片隻在測量或操作狀态時才消耗能量,是以具有極高的能效
Extropic晶片的工作原理類似于布朗運動:
将電子視為漂浮在液體分子中的微粒,電子受到周圍原子的撞擊會産生熱運動,進而在電路中不斷擴散和漂移。Extropic在電路中設計了一些限制電子運動的元件,如線圈、半導體等,這些元件就相當于對布朗粒子的彈簧束縛。在這些限制下,電子的熱噪聲會使它們形成一種穩态機率分布
通過調節電路元件的參數,比如改變線圈電感、半導體偏置等,就可以"程式設計"出不同的機率分布。這個過程有點像是改變彈簧的勁度來控制布朗粒子,隻不過在Extropic的裝置中,扮演這一角色的是電路元件中的電子
Extropic還在開發可在室溫下運作、能夠大規模生産的半導體版本裝置。在軟體層面,公司正建構一個将機率模型編譯到硬體的層,支援在模拟或真實的熱力學加速器上分層執行過大的程式
Extropic已經完成了1410萬美元的種子輪融資,吸引了不少知名科技公司的加入,這将助力公司在熱力學計算道路上加速前行
結語
利用模拟電路來加速AI工作負載的這整個idea并不新鮮。IBM、英特爾和其他公司多年來一直在嘗試利用神經網絡的噪聲容忍度來提高效率
問題在于模拟設計很難,比普通的數字VLSI難上幾個數量級。混合信号的處理、非線性變化、器件水準的操控等等
現在Extropic最基本平台還沒有跑通，更别提量産，這玩意每一個晶片表現都不一樣，Extropic沒有公開任何軟體模拟或基準測試,對一家号稱擁有革命性新架構的硬體公司來說,這難道不是違背了硬體開發的第一規則嗎?模拟先于制造
當然了，如果真的實作，這将徹底颠覆現在計算形式