imagem: O bSBM é aproximadamente 10x mais rápido que o aSBM na resolução de um problema de 2.000 bits * 2.
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Crédito: Toshiba Corporation
TÓQUIO --Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) e Toshiba Digital Solutions Corporation (coletivamente Toshiba), líderes da indústria em soluções para problemas de otimização em grande escala, anunciaram hoje o Algoritmo de Bifurcação Simulado Balístico (bSB) e o Algoritmo de Bifurcação Simulado Discreto (dSB) , novos algoritmos que superam em muito o desempenho do Algoritmo de Bifurcação Simulado (SB) anterior da Toshiba. Os novos algoritmos serão aplicados para encontrar soluções para problemas altamente complexos em áreas tão diversas como gerenciamento de portfólio, desenvolvimento de medicamentos e gerenciamento de logística.
Introduzido em abril de 2019
, o SB anterior inovou como uma plataforma para encontrar soluções para problemas de otimização combinatória, superando outras abordagens por um fator de 10 * 1. A Toshiba agora estendeu essa conquista com dois novos algoritmos que aplicam abordagens inovadoras, como um efeito de tunelamento quase quântico, para melhoria de desempenho, permitindo-lhes adquirir soluções ideais (soluções exatas) para problemas de otimização combinatória em grande escala que desafiam as capacidades de seu antecessor. Implementado em uma máquina de 16 GPU, o dSB pode encontrar uma solução quase ideal para um problema de um milhão de bits, o problema combinatório de maior escala do mundo já relatado em artigos científicos, em 30 minutos - um cálculo que levaria 14 meses em um computador típico baseado em CPU. Os resultados da pesquisa foram publicados no jornal acadêmico online,
Avanços da Ciência
, em 3 de fevereiro (EST) * 2.
Os novos algoritmos têm características diferentes. O bSB é otimizado e denominado de acordo com a velocidade de operação e encontra boas soluções aproximadas em um curto espaço de tempo. Ele gera menos erros do que um algoritmo de bifurcação simulada adiabática (aSB) * 3 relatado anteriormente e, portanto, retorna resultados mais rápidos e precisos. Implementado em um field programmable gate array (FPGA), denominado máquina de bifurcação simulada balística (bSBM), obtém uma boa solução para um problema de 2.000 bits aproximadamente 10 vezes mais rápido do que a máquina aSB anterior (aSBM) (Figura 1).
dSB é um algoritmo de alta precisão. Embora implementado em um computador clássico, ainda assim chega a soluções ótimas mais rápido do que as máquinas quânticas atuais. Seu nome é derivado da substituição de variáveis contínuas por variáveis discretas em equações de movimento. Isso exibe um efeito de tunelamento quase quântico que rompe os limites das abordagens baseadas na mecânica clássica, alcançando a solução ótima do problema de 2000 bits.
A Toshiba implementou dSB em um FPGA e construiu uma máquina de bifurcação simulada discreta (dSBM) que atinge uma velocidade mais alta do que outras máquinas em termos de tempos de computação necessários para obter soluções ideais para vários problemas (Figura 2).
Implementado em uma máquina de 16 GPU, o dSBM resolveu um problema de um milhão de bits, o maior já relatado em artigos científicos, e chegou a uma solução quase ideal em 30 minutos - 20.000 vezes mais rápido do que uma máquina de recozimento simulado baseada em CPU , o que levaria 14 meses para realizar o cálculo (Figura 3).
Ao aplicar os dois algoritmos a problemas do mundo real, a Toshiba propõe bSB para aplicativos que exigem uma resposta imediata e dSB para aplicativos que exigem alta precisão, mesmo que demore um pouco mais.
A Toshiba espera que os novos algoritmos tragam maior eficiência para a indústria, negócios e tomadas de decisões complexas, abordando problemas de otimização combinatória em campos que incluem carteiras de investimento, desenvolvimento de medicamentos e planejamento de rota de entrega.
Comentando sobre os algoritmos, Hayato
Goto, Cientista Chefe de Pesquisa do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Corporativo da Toshiba Corporation, disse: "Enfrentamos muitos problemas do mundo real onde devemos encontrar a solução ideal entre um grande número de escolhas, e também devemos lidar com eles explosão combinatória, onde o número de padrões de combinação aumenta exponencialmente à medida que o problema aumenta em escala. É por isso que pesquisas em computadores de uso especial para otimização combinatória estão sendo realizadas em todo o mundo. Nosso objetivo é desenvolver uma solução de software - algoritmos que possam resolver problemas de otimização combinatória em grande escala com rapidez e precisão e contribuem para a obtenção de maiores eficiências. "A Toshiba oferecerá os algoritmos de bifurcação simulada recentemente desenvolvidos como um serviço de nuvem baseado em GPU e como uma versão local implementada em um FPGA em 2021.
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(Notas)
* 1 H. Goto, K. Tatsumura, AR Dixon, Sei. Adv. 5, eaav2372 (2019).
https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav2372
* 2 H. Goto et al., Sei. Adv. (2021).
https://advances.sciencemag.org/content/7/6/eabe7953
* 3 Bifurcação simulada adiabática (aSB): usa o processo adiabático na mecânica clássica como princípio * 1. O processo adiabático é um fenômeno que continua em um estado de baixa energia quando os parâmetros do sistema mudam lentamente em um sistema dinâmico. Um computador que implementa um aSB é uma máquina de bifurcação simulada adiabática (aSBM).
Sobre a Toshiba Corporation
A Toshiba Corporation lidera um grupo global de empresas que combina conhecimento e capacidades de mais de 140 anos de experiência em uma ampla gama de negócios - de energia e infraestrutura social a dispositivos eletrônicos - com recursos de classe mundial em processamento de informações, tecnologias digitais e IA . Esses pontos fortes distintos apoiam a evolução contínua da Toshiba rumo a se tornar uma empresa de serviços de infraestrutura que promove a utilização e digitalização de dados, e uma das empresas líderes mundiais em tecnologia de sistemas físicos cibernéticos. Orientada pelo compromisso básico do Grupo Toshiba, "Comprometida com as pessoas, comprometida com o futuro", a Toshiba contribui para o desenvolvimento positivo da sociedade com serviços e soluções que levam a um mundo melhor. O Grupo e seus 130.000 funcionários em todo o mundo garantiram vendas anuais que ultrapassaram 3,4 trilhões de ienes (US $ 31,1 bilhões) no ano fiscal de 2019.
http://www.toshiba.co.jp/worldwide/about/index.html
Sobre a Toshiba Digital Solutions Corporation
Como impulsionadora do negócio de soluções digitais do Grupo Toshiba, a Toshiba Digital Solutions Corporation oferece integração de sistemas e soluções de serviços digitais que apoiam as empresas na aceleração de sua transformação digital e também desempenha um papel central na transição da Toshiba para se tornar uma das líderes mundiais em tecnologia ciberfísica empresas, com recursos avançados que vão da fabricação à IA.
https://www.global.toshiba/ww/company/digitalsolution.html
Site comercial da máquina de bifurcação simulada da Toshiba:
https://www.toshiba-sol.co.jp/en/pro/sbm/index.htm
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Avanços da Ciência
DOI
10.1126 / sciadv.abe7953
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