כיצד בינה מלאכותית, מחשוב קוונטי ומחשוב קלאסי מעצבים מחדש מחשבי-על

(דן טרי) - ג'ק דונגרה, המכונה "אבי מחשבי העל והתוכנה המדעית", תיאר זה עתה עתיד מבטיח למחשוב עתיר ביצועים.

כזוכה פרס טיורינג לשנת 2021 (הידוע גם כפרס נובל למחשוב) וכאחד ממייסדי רשימת 500 המחשבים המובילים, המדרגת את מחשבי העל החזקים בעולם, השקפותיו של דונגרה על עתיד מחשוב העל הן מדריכים חשובים לקהילה המדעית ולתעשייה בכללותה.

מחשבים היברידיים - פתרונות לעתיד

לדברי דונגרה, הדור הבא של מחשבי-על לא יהיה רק ​​שדרוג חומרה מסורתי, אלא שילוב חכם של מערכות מחשוב קלאסיות עם טכנולוגיית קוונטים ובינה מלאכותית (AI).

זה נחשב לצעד מכריע להתגברות על המגבלות הנוכחיות של חוק מור, כאשר מזעור הטרנזיסטורים כמעט הגיע למחסום פיזי.

דונגרה מדגיש כי עתיד מחשוב העל אינו טמון בהחלפה מוחלטת של מערכות קלאסיות במחשבים קוונטיים, אלא בשילוב הרמוני של שניהם.

הוא מתאר את המערכת ההיברידית הזו כמכונת מחשוב רב-שכבתית, שבה כל רכיב יבצע משימות המתאימות ביותר למאפייניו.

בחזונו של דונגרה, מעבדים קוונטיים (QPU) יפעלו כ"מאיצים מיוחדים" עבור בעיות אופטימיזציה מורכבות, במיוחד בסימולציות מולקולריות לגילוי תרופות או חומרים חדשים.

בעיות אלו מורכבות באופן אקספוננציאלי, מה שהופך אותן לבלתי פתירות אפילו עבור מחשבי העל החזקים ביותר של ימינו. עם זאת, מחשבים קוונטיים, שיכולים לנצל את אפקטי הסופרפוזיציה והשזירה הקוונטית, יכולים להתמודד איתן בצורה יעילה הרבה יותר.

בינתיים, מעבדים ומעבדים גרפיים מסורתיים ימשיכו לטפל במשימות המחשוב העיקריות, עיבוד ביג דאטה וביצוע אלגוריתמים של בינה מלאכותית. חלוקת עבודה סבירה זו לא רק ממטבת את הביצועים אלא גם מסייעת להפיק את המרב מהיתרונות של כל סוג מעבד.

אחת מנקודות המבט הייחודיות ביותר של דונגרה היא תפקידה של הבינה המלאכותית במערכת מחשוב-על העתידית. הוא רואה בבינה מלאכותית לא רק יישום הפועל על מחשב-על, אלא כ"דבק" המחבר ומתאם את המערכת כולה.

ג'ק דונגרה מילא תפקיד מפתח במחשוב עתיר ביצועים (צילום: משרד האנרגיה האמריקאי).

לדברי דונגרה, בינה מלאכותית תמטב מחשבי-על בזמן אמת, תוך שימוש בטכניקות מידול ניבוי להקצאת משאבים בצורה חכמה. המערכת תוכל להחליט באופן אוטומטי מתי להשתמש במעבדים קלאסיים, מתי לעבור למעבדי QPU, וכיצד לתאם ביניהם ליעילות אופטימלית.

חזון זה מתגשם באמצעות פרויקטים חלוציים רבים.

ענקיות המוליכים למחצה Nvidia ו-Quantum Machines הציגו זה עתה את מערכת DGX Quantum, המחברת באופן הדוק בקר קוונטי עם שבב-על מבוסס בינה מלאכותית תוך מספר מיקרו-שניות בלבד.

המערכת מאפשרת תיקון שגיאות קוונטיות בזמן אמת וכיול מעבד קוונטי מבוסס בינה מלאכותית, ופותחת אפשרויות חדשות ליישומים קוונטיים-קלאסיים היברידיים.

אתגרים חדשים במרוץ הטכנולוגי העולמי

דונגרה גם לא נרתע מלדון באתגרים העומדים בפני תעשיית מחשוב-העל, כגון היעדר מימון למחקר ולחץ תחרותי בינלאומי, במיוחד מצד סין.

ההתקדמות האחרונה של סין בתחום זה, כמו מחשב הקוונטים ג'יוז'אנג שיכול לבצע משימות מהר פי 180 מיליון ממחשב העל החזק ביותר, או מעבד הקוונטים זוצ'ונגז'י 3.0 עם 105 קיוביטים, היוו קריאת השכמה למדינות המערב.

מחשב הקוונטים ג'יוז'אנג של סין יכול לבצע משימות פי 180 מיליון מהר יותר ממחשב העל החזק ביותר (צילום: ספקטרום)

הענקת פרס ג'ק דונגרה לתחילת הקריירה השנה לד"ר לין גאן מאוניברסיטת צינגהואה (סין) על תרומתו לאלגוריתמים של עיבוד שבבי (HPC) המגשרים בין מערכות קלאסיות וקוונטיות מאשררת עוד יותר את אופיו הגלובלי של גזע זה.

דונגרה קרא להגברת שיתוף הפעולה הבינלאומי באמצעות ארגונים כמו הבינה המלאכותית של צפון אמריקה (NAAI), אליהם הצטרף לאחרונה, כדי לקדם שילוב אתי של בינה מלאכותית במחשבי-על.

דונגרה מצביע על אתגרים חשובים לא פחות בפיתוח משאבי אנוש. עדיין קיים מחסור עצום בכישרונות בעלי מומחיות רב-תחומית בבינה מלאכותית, מחשוב קוונטי ומחשוב ביצועים גבוהים.

בעוד שיוזמות כמו תוכנית הקוונטום של טקסס מרחיבות את מאגר הכישרונות, המוכנות הרחבה עדיין רחוקה.

יתר על כן, שילוב טכנולוגיות בינה מלאכותית, HPC וטכנולוגיות קוונטיות בזרימות עבודה מאוחדות דורש תיאום תשתיות מורכב שמאט את הפריסה. בעיות אבטחת סייבר מחמירות גם הן מכיוון שמערכות היברידיות אלו יכולות להיות ממוקדות מכיוונים מרובים.

יישומים פורצי דרך מחכים

הפוטנציאל של מערכות מחשוב-על היברידיות אינו רק תיאורטי. יישומים מעשיים מפותחים בקצב מהיר, החל מגילוי תרופות ועד מידול אקלים, מאופטימיזציה פיננסית ועד פיתוח חומרים מתקדמים.

בתחום הרפואה, מערכות היברידיות יכולות לדמות תגובות מולקולריות מורכבות כדי לגלות תרכובות פרמצבטיות חדשות במהירות ובדייקנות רבה יותר.

עבור שינויי אקלים, היכולת לעבד מודלים אקלימיים גלובליים ברזולוציה גבוהה תעזור למדענים לחזות טוב יותר אירועי מזג אוויר קיצוניים ולהגיב להם.

בתחום הפיננסים, אלגוריתמי אופטימיזציה קוונטית עשויים לחולל מהפכה בניתוח סיכונים ובניהול תיקי השקעות. במחקר חומרים, היכולת לדמות מבנה אטומי ברמה חסרת תקדים עשויה לסלול את הדרך לחומרים מוליכי-על, סוללות עתירות אנרגיה וסגסוגות מתקדמות.

כדי לממש חזון זה, דונגרה הדגיש את החשיבות של בניית התשתית הנכונה. זה כולל לא רק חומרה מתקדמת אלא גם תוכנות ביניים לשילוב מעגלים קוונטיים עם משאבי מחשוב קלאסיים.

מחשב העל ABCI-Q של יפן (צילום: Wccftech).

מרכזי מחשוב-על ברחבי העולם פורסים באופן פעיל את התשתית ההיברידית הזו. מרכז המחקר והפיתוח הגלובלי של יפן לטכנולוגיית עסקים קוונטית-בינה מלאכותית (G-QuAT) עם מחשב-העל ABCI-Q שלו המצויד ב-2,020 כרטיסי מסך Nvidia H100, המשולבים עם מעבדי הקוונטים המוליכים-על של Fujitsu, מעבדי האטום הנייטרלי של QuEra ומעבדי הפוטוניקה של OptQC.

באופן דומה, פרויקטים באירופה כמו מחשב העל ג'ופיטר של גרמניה, פוגאקו של יפן ו-PSNC של פולין החלו כולם לשלב חומרת מחשוב קוונטי. ההכרזה של דנמרק על תוכניות לבנות את מחשב העל הקוונטי Magne עם 50 קיוביטים לוגיים ראשוניים, בשיתוף פעולה עם מיקרוסופט ו-Atom Computing, משקפת גם היא מגמה עולמית זו.

התכוננו לעידן חדש שמתחיל

דונגרה צופה כי בין השנים 2025-2030 יתקיים פיצוץ של יישומים היברידיים של בינה מלאכותית קוונטית.

מקרי שימוש ראשוניים יכללו רשתות עוינות קוונטיות גנרטיביות לגילוי תרופות, למידת חיזוקים המונעת על ידי תת-שגרות קוונטיות, ופותרי אופטימיזציה משופרים קוונטית המיושמים על בעיות לוגיסטיקה בעולם האמיתי.

יבמ, עם מפת הדרכים הקוונטית שלה, צופה פריצות דרך משמעותיות השנה, ותסיר כמה מהמחסומים הגדולים ביותר להרחבת חומרה קוונטית.

עד שנת 2026, שבב ה-Kookaburra של יבמ ייצור מערכת של 4,158 קיוביטים, מה שיסמן פריצת דרך ביכולות המחשוב הקוונטי.

חזונו של ג'ק דונגרה לגבי עתיד מחשוב העל אינו רק תחזית מדעית, אלא גם קריאה לפעולה. השילוב של מחשוב קלאסי, קוונטי ובינה מלאכותית ייצור יכולות מחשוב חסרות תקדים, ויפתח הזדמנות לפתור את האתגרים הגדולים ביותר של האנושות.

כפי שאמר ג'ק דונגרה, אנו נכנסים לעידן חדש של מחשוב שבו הגבולות בין מה שאפשרי למה שלא אפשרי יוגדרו מחדש לחלוטין. השאלה אינה האם זה יקרה, אלא האם אנו מוכנים לנצל זאת.

מקור: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm