随着科技的不断进步,计算机技术正进入一个新的发展阶段。微软研究团队在英国剑桥潜心研发的模拟光子计算机(Analog Optical Computer,简称AOC)近日取得了令人瞩目的成果。该设备运用光作为计算介质,成功解决了金融和医疗两个领域的实际优化难题,不仅展现了其强大的计算能力,更透露出其在人工智能(AI)领域的广阔应用前景,成为未来计算技术的重要发展方向。微软的这一创新项目经过四年努力,旨在打造一台无需依赖传统电子二进制数字逻辑,而是利用光子物理特性完成复杂运算的模拟计算机。这种设计理念不仅突破了传统数字计算机在速度和能耗方面的限制,还充分利用了光的独特优势,让计算能力和效率达到前所未有的高度。微软团队特别选用了市面上常见的元件,如微型LED灯、智能手机摄像头的光学镜头和传感器,确保该设备不仅高效且成本低廉,易于大规模制造和部署。
结合现有的供应链体系,未来的模拟光子计算机有望大幅推动产业升级和应用普及。作为与传统数字计算机本质不同的新型计算系统,模拟光子计算机利用物理系统本身演示运算过程,通过不同强度的光信号及其交互作用实现加法和乘法等基础计算,为复杂优化问题提供快速解决方案。众所周知,优化问题在金融交易、物流调度、医疗数据处理等领域广泛存在,其核心挑战在于从数以亿计甚至更多的可能解中迅速筛选出最优方案。微软研究团队正是基于这一背景,选取了金融中的银行交易结算问题和医疗中的磁共振成像(MRI)优化扫描两大典型应用作为首个验证平台。金融领域的挑战体现在"交付对付款"(Delivery-versus-Payment,简称DvP)证券结算问题。该问题旨在保证多方交易合规且高效,最大限度降低成本和风险,同时符合时间和资金余额的多重约束。
微软与巴克莱银行联合设计的模拟样本涵盖了1800个假设参与方和28000笔交易,虽非实际全部规模,但足以表现出模拟光子计算机处理庞大数据集及复杂约束的强大能力。该设备不仅成功模拟了该批次交易的优化结算方案,还证明了未来版本有潜力解决更大规模的问题,为提升金融中清算效率及风险管理带来切实可能。医疗领域方面,研究团队运用模拟光子计算机对磁共振成像数据进行优化重建。借助数字孪生技术 - - 即数字化镜像AOC的软硬件行为模型,科研人员能够在模拟环境中验证算法对MRI扫描数据处理的准确性和效率。研究显示,借助AOC技术处理,MRI扫描时间有望从传统的30分钟大幅缩减至5分钟,大幅提升医疗设备利用率和患者体验。此项突破虽尚未达到临床应用成熟度,但为未来加速诊断流程提供了全新可能。
值得一提的是,微软公开了其优化求解算法和数字孪生模型,鼓励全球科研团队共同探索模拟光子计算机的潜在应用及技术进步,充分展现微软开放创新的科研态度和促进产业协作的战略眼光。人工智能是当今科技热点,微软AOC团队自项目伊始便寄望其能调动这台新型计算机完成AI相关工作负载。一次偶然的技术交流促成AI专家与光子计算团队的合作,成功研制出适配于AOC架构的简单机器学习算法实例。虽然当前设备权重有限,处理规模有限,但实验效果证明模拟光子计算平台具备将来运行复杂大型语言模型(Large Language Models,简称LLMs)的潜力。微软研究人员指出,AOC的计算原则适合完成冗长且复杂的状态追踪任务,这类任务对当前基于GPU的深度学习模型来说既速度慢又耗能巨大。以国际象棋游戏为例,系统需要随时了解局面变化,预测对手策略,并不断调整策略以实现最终胜利。
类似逻辑推理能力是AI模型极为重要的组成部分。AOC在理论上能够以远低于现有技术百倍的能耗完成此类任务。除速度和能效提升外,模拟光子计算机因其硬件形式紧凑且操作温度环境接近常温,具备易于集成于现有数据中心及云计算平台的潜力。微软设想未来通过云端部署将MRI数据等复杂计算任务交由AOC设备处理,再将结果实时反馈至医院,有助推动智慧医疗和远程诊断的广泛发展。回顾模拟光子计算的历史,虽然概念源自上世纪60年代,但具体硬件实现和有效应用一直受限于材料和制造工艺进展。微软团队利用现代微电子技术和先进的微型光学元件,成功构建出具备高参数权重的AOC原型机。
未来随着微型化及集成化不断完善,模拟光子计算机容量将从目前的数百权重提升至数百万甚至数十亿级别,将解决更多更复杂的实际问题。可以预见,这种新的计算范式将成为推动金融创新、医疗进步、AI升级及其他众多领域突破的重要技术引擎。微软研究负责人弗朗西丝卡·帕尔米贾尼指出,AOC不是通用型计算机,但针对优化和某些人工智能任务,具备极高的专用性能和实用价值。团队已达成多项技术里程碑,但仍处于早期发展阶段。未来需多方合作、持续研究,探索更多问题类型及算法优化,以实现商业化和规模化应用。微软未来计划大约每两年推出一代新型AOC,逐步提升设备性能及适配应用广度。
剑桥研究实验室的阿迪恩·巴拉尼强调,模拟光子计算机不仅仅是学术成就,更是一项将改变计算基础架构的技术创新,具备推动可持续发展和社会数字化转型的巨大潜力。总之,微软模拟光子计算机通过破解实际金融和医疗领域的两大优化难题,展现了其在多领域尤其是AI应用上的革命性潜力。开启了利用光子物理特性重构计算方式的新纪元,为未来高速、高能效、低成本的智能计算平台奠定了坚实基础。随着技术不断成熟及生态系统的建立,模拟光子计算机无疑将成为推动未来科技与产业发展的重要引擎,助力实现智能化社会的美好愿景。 。
