WORKSHOP “Posibles aplicacións de ordenadores dedicados en sistemas complexos, emulación cuántica e intelixencia artificial”

O CESGA participou no taller celebrado no marco da rede de investigación “DEDOSS. Exploración de computadores dedicados para escenarios científicos abertos”. Este workshop celebrouse na Escola Politécnica de Cáceres, durante os días 17 e 18 de xuño de 2024 coa participación de investigadores da Universidade de Estremadura, Universidade Complutense de Madrid, Centro de Supercomputación de Galicia, Kampal Data Solutions, Universidade de Sevilla / IMSE e Universidade de Zaragoza.

Realizáronse unha serie de presentacións que mostran algúns dos problemas que actual ou potencialmente poden ser resoltos mediante computadores dedicados nos campos dos sistemas complexos, a emulación cuántica e a intelixencia artificial, e que serviron de base para as posteriores reunións de traballo que tiveron lugar. Especificamente tratáronse os seguintes temas:

  • Introducción aos vidros de espín e algoritmos involucrados (Juan Jesús Ruiz Lorenzo UEX)
  • Implementación dos vidros de espín en FPGA (Antonio Gordillo UEX)
  • Quantum computing/annealing. Emuladores cuánticos (Guillermo Díaz, J. C. Mouriño, CESGA)
  • Representación de vidros de espín cuánticos cuánticos como modelos de Edwards-Anderson ou similares mediante formalismo de Trotter, para implementación en hardware dedicado (Víctor Martín Mayor, UCM)
  • Restricted Boltzmann Machines e a súa representación como sistemas de espines (ou similares) para implementación en hardware dedicado (David Yllanes, Kampal Data Solutions).
  • Novas FPGA híbridas (AMD VCK5000 Versal, AMD Alveo V70…). Uso para Intelixencia Artificial (Antonio Gordillo, UEX)

A utilización de computadores deseñados de forma específica para unha tarefa concreta pode incrementar en varias ordes de magnitude tanto a velocidade de cálculo como a eficiencia enerxética dun sistema de cómputo, pero isto require un importante traballo tanto de deseño da propia máquina como de programación e optimización. Neste workshop abordáronse estas cuestións e identificáronse actividades concretas que serían necesarias para contar no futuro cun computador dedicado que sexa capaz de competir e superar aos supercomputadores convencionais nas citadas disciplinas.

Os computadores dedicados da serie Janus (https://www.janus-computer.com/) xa melloraron no seu momento a eficiencia de los superordenadores convencionais en varios ordes de magnitude para o problema dos vidros de espín, paradigma dos sistemas complexos, pero agora requerirían unha actualización para seguir sendo competitivos. Segundo analizouse no workshop, isto pasaría pola utilización das versións máis modernas dos chips de lóxica programable FPGA e a correspondente actualización do código para un uso óptimo do silicio de devanditos chips.

No workshop analizouse tamén a forma de deseñar quantum annealers baseados neste tipo de computadores dedicados que poidan competir tanto con emuladores de software como con outros “quantum-inspired annealers” existentes no mercado.

Respecto á posibilidade de utilizar este tipo de sistemas para acelerar procesos de intelixencia artificial (IA), estudáronse dous vías principais. Por unha banda, a opción de programar de forma dirixida os novos tipos de FPGA híbridas orientados a intelixencia artificial, que contan cunha parte vectorial similar ás GPU e outra parte de lóxica programable similar ás FPGA clásicas. Doutra banda, a identificación de problemas de IA que poidan ser abordables mediante un tipo especial de redes neuronais, as máquinas de Botzmann restrinxidas, que poden ser implementadas en computadores dedicados e teñen un elevado potencial no campo da IA xenerativa.

No marco destas reunións, xurdiron tamén outras ideas sumamente interesantes, como a posibilidade de deseñar un xerador de números aleatorios de altísima calidade e frecuencia combinando xeradores pseudoaleatorios con fontes físicas de aleatoriedade. Durante este ano 2024 e o inicio de 2025 realizaranse reunións e seminarios científicos co obxectivo de deseñar un computador dedicado que impulse as investigacións en sistemas complexos, emulación cuántica e intelixencia artificial.