Fujitsu Laboratories Limited, en colaboración con la Universidad de Toronto, ha desarrollado con éxito una nueva tecnología de búsqueda paralela, para lograr un rendimiento de clase megabit para problemas de gran escala, lo que representa un importante hito técnico para Digital Annealer. Una arquitectura de computación única de Fujitsu, que resuelve rápidamente problemas de optimización combinatoria demasiado grandes y complejos para las tecnologías convencionales.
El actual servicio cloud de segunda generación de Digital Annealer, disponible para los clientes desde mayo de 2018, ofrece un rendimiento de 8.192 bits con el que se proporciona a los usuarios una potente herramienta para resolver problemas de optimización, en campos como la logística, las finanzas, la medicina y la fabricación.
Sin embargo, a medida que las aplicaciones en una variedad de industrias continúan creciendo, sigue existiendo la necesidad de una tecnología que pueda manejar esto a una escala aún mayor y así resolver una gama más amplia de incertidumbres complejas del mundo real.
Teniendo en cuenta este desafío, Fujitsu Laboratories ha demostrado con éxito la primera solución práctica del mundo a escala de un megabit para una máquina Ising con su Digital Annealer, aplicando una nueva tecnología de búsqueda paralela.
Fujitsu Laboratories quiere contribuir a buscar soluciones de problemas del mundo real, integrando esta tecnología en su Digital Annealer, con lo que amplia, aún más, su capacidad para resolver temas de optimización combinatoria a gran escala en diversos campos.
Antecedentes y desafíos del desarrollo
Con la aceleración de las iniciativas de DX en el mundo corporativo, los usuarios de muchas industrias y disciplinas se enfrentan, cada vez más, a situaciones en las que necesitan encontrar rápidamente una solución óptima entre varias combinaciones de factores en el mundo real, como en la fabricación, la logística, la prevención de desastres y el desarrollo de nuevos medicamentos.
A fin de resolver estos desafíos prácticos, se ha hecho necesario solventar los problemas de optimización combinatoria a la escala de un megabit. Esto sigue siendo difícil debido a que la obtención de una solución eficaz en un tiempo limitado provoca un aumento exponencial de la complejidad computacional.
Por ejemplo, en el campo de la fabricación, se necesita una optimización a gran escala para racionalizar la producción, incluso para programar procesos de fabricación complejos que difieren de una pieza a otra en toda una planta, teniendo en cuenta recursos como el personal, el equipo y las fechas de entrega. En el área de la logística, es necesario, no sólo optimizar los planes de distribución a escala regional, sino también elaborar grandes planes que abarquen todo el país.
Nueva Tecnología desarrollada
Fujitsu Laboratories ha ampliado su arquitectura Digital Annealer para desarrollar una nueva tecnología de búsqueda paralela, que logra un alto rendimiento en la resolución de problemas a gran escala. Con ella, ha demostrado cómo es capaz de aportar una solución a escala de un megabit. Las características desarrolladas son las siguientes:
- Tecnología de búsqueda paralela adaptable para problemas de gran escala
Digital Annealer logra un alto rendimiento de búsqueda mediante la construcción de un módulo básico de optimización, con un alto grado de paralelismo que realiza repetidamente una búsqueda de bits de actualización, para pasar de un determinado estado a otro más óptimo. Con el fin de resolver problemas a gran escala, Fujitsu Laboratories ha desarrollado esta tecnología de búsqueda paralela adaptable, que realiza una actualización de múltiples bits en la etapa inicial, cuando se espera una caída rápida de energía, debido a la actualización de estos múltiples bits que cambian a un solo bit, para aumentar la precisión de la búsqueda de soluciones en la etapa de convergencia. - Tecnología de búsqueda cooperativa en múltiples servidores paralelos
Para resolver problemas a gran escala, que no pueden ser manejados por un solo servidor, también han desarrollado una tecnología con múltiples servidores enlazados, asegurando, al mismo tiempo, la consistencia de las soluciones generales. Al dividir un gran problema en múltiples subproblemas y asignarlos a múltiples servidores, la solución de un subproblema se comparte entre los servidores y la búsqueda local en cada servidor se controla adecuadamente, mientras se capta el estado de la solución general. Un sistema que utiliza esta tecnología permitiendo resolver problemas a gran escala de un megabit.
Resultados
Los Laboratorios de Fujitsu aplicaron la nueva tecnología para resolver el problema de determinar el programa de producción para un pequeño lote de una amplia variedad de servidores. Para solucionar esto, es necesario considerar restricciones complejas, incluyendo la orden de trabajo, el nivel de habilidad de los trabajadores, los tiempos de descanso y la disponibilidad de los equipos. El número de bits está determinado por el número de tareas discretas, el de trabajadores, el de piezas de equipo y el número de franjas horarias, que es muy grande.
En este ejemplo, la prueba se llevó a cabo en las condiciones de 100 tareas, 12 equipos, 13 trabajadores y 65 franjas horarias, y el número total de bits fue de 1.014.000. Aplicando la nueva técnica para producir la solución, Fujitsu Laboratories confirmó con éxito la solución de forma práctica a nivel de un megabit.
Planes futuros
Fujitsu Laboratories aplicará la nueva tecnología desarrollada para Digital Annealer con el fin de ayudar a resolver varios problemas de optimización combinatoria a gran escala en el mundo real, contribuyendo a la racionalización del desarrollo de nuevos medicamentos, planes de transporte y entrega a nivel nacional, estrategias para resolver la congestión del tráfico en las zonas urbanas y la planificación de turnos de trabajo adecuados para la nueva normalidad.
