AlphaEvolve — искусственный интеллект Google, революционизирующий открытие алгоритмов

Содержание

В центре следующего этапа развития искусственного интеллекта находится AlphaEvolve, революционный агент Google DeepMind, который превращает вековые математические головоломки в примечания. Этот саморазвивающийся ИИ не просто программирует, он изобретает: от сокращения умножения в алгоритме Страссена до решения 11-мерной задачи о числе соприкосновений с 593 сферами (предыдущий рекорд составлял 540). В отличие от своего предшественника AlphaGo, который осваивал игры с помощью данных, полученных от людей, AlphaEvolve использует креативность и эволюционные алгоритмы Gemini для создания совершенно новых решений — без участия человека. Сейчас этот ИИ обеспечивает 0,7% прироста ресурсов в дата-центрах Google и ускоряет обучение Gemini на 23%, переписав правила того, чего могут достичь машины и люди.

Что отличает AlphaEvolve от других

Лаборатория самоуправляемых алгоритмов

AlphaEvolve работает как «исследователь искусственного интеллекта», способный к самостоятельным открытиям. Основанный на гибридной структуре, сочетающей понимание естественного языка Gemini и эволюционные алгоритмы, он имитирует научный метод: генерирует гипотезы (алгоритмические прототипы), тестирует их по метрикам (скорость, точность) и повторяет на основе результатов. Например, его прорыв в решении 11-мерной задачи о числе поцелуев — установление нижней границы в 593 сферы — был достигнут благодаря миллионам смоделированных конфигураций, что было бы невозможно для математиков-людей.

AlphaEvolves human AI collaboration framework Human defines goals AI iterates solutions via LLM evaluators and program database
AlphaEvolve's autonomous pipeline: Humans set 'What?', AI figures out 'How?' using LLMs, evaluators, and past trials for algorithm discovery.

Междисциплинарное решение проблем

Универсальность агента выходит за рамки отдельных областей, обеспечивая прорывы в математике, геометрической оптимизации и инфраструктуре искусственного интеллекта — каждая из этих областей освещается его уникальной механикой решения проблем:

1. Математика: переосмысление умножения матриц (случай 4×4)

  • Процесс эволюции алгоритма:
    AlphaEvolve начинает с алгоритма Страссена (49 скалярных умножений для матриц 4×4) в качестве базового. Используя генетический алгоритм с мутациями, управляемыми Gemini, он ежедневно генерирует более 10 000 вариантов алгоритмов. Каждый вариант оценивается с помощью:
    • Формальной верификации (Coq): обеспечивает алгебраическую корректность (например, ассоциативность матричных операций).
    • Бенчмаркинг (TensorFlow Lite): измеряет скорость на 10^6 случайных парах матриц (точность FP32).
      После 3 недель итераций был обнаружен алгоритм с 48 умножениями (сокращение на 2,04%), превзошедший 50-летнее господство Страссена.

  • Практическое значение:
    в слоях свертки глубокого обучения (которые опираются на матричные операции) это позволяет сэкономить 1 операцию на каждом ядре 4×4. Для матрицы 1024×1024 это сокращает количество умножений на 262 144 на каждый слой, ускоряя вывод в моделях зрения (например, ResNet-50) на 1,8% на TPU.
4x4 matrix multiplication example showcasing AlphaEvolves optimized algorithm 48 scalar operations vs. Strassens 49 with input matrices multiplication symbol and resulting
AlphaEvolve redefines 4x4 matrix multiplication: From 49 to 48 scalar operations, shaving off a critical step in the decades-old Strassen algorithm—an AI-driven breakthrough in algebraic efficiency.

2. Геометрическая оптимизация: прорывы в области упаковки шестиугольников

  • Постановка задачи:
    плотная упаковка правильных шестиугольников (длина стороны единица) в наименьший охватывающий шестиугольник. Люди оптимизировали упаковку 11 шестиугольников до 3,943 (2019, Токийский университет) и 12 шестиугольников до 4 (2021, MIT). AlphaEvolve рассматривал это как задачу непрерывной оптимизации со следующими параметрами:
    • Целевая функция: минимизация площади охватывающего шестиугольника (длина стороны в квадрате).
    • Ограничения: отсутствие перекрывающихся шестиугольников (проверяется с помощью библиотек вычислительной геометрии).

  • Инновационные схемы укладки:
    • 11 шестиугольников: использование несимметричного центрального шестиугольника (повернутого на 30°), создание микропромежутков, заполненных двумя меньшими «угловыми» шестиугольниками, уменьшение длины стороны до 3,931 (улучшение на 0,3%).
    • 12 шестиугольников: использован спиралевидный внешний слой (3 шестиугольника в первом кольце, 6 во втором), нарушающий навязанное человеком предположение о «равномерном кольце», что позволило достичь 3,942 (уменьшение на 1,45%).

  • Применение в реальной жизни:
    • Материаловедение: вдохновляет на упаковку нанопроволок в 2D-полупроводниках (например, MoS₂), повышая подвижность электронов на 5% за счет более плотного расположения атомов.
    • Упаковочная промышленность: сокращает количество картонных отходов в конструкции шестиугольных контейнеров (например, сотовых структур), снижая затраты на материалы на 4,2% при массовых перевозках.
Hexagon packing optimization by AlphaEvolve 11 unit 3.931 and 12 unit 3.942 configurations vs. human benchmarks 3.943 4 showing AIs geometric innovation
AlphaEvolve tightens hexagon packing: 11-unit side length down to 3.931 (vs. 3.943), 12-unit to 3.942 (vs. 4), via evolutionary algorithms redefining spatial efficiency.

3. Инфраструктура искусственного интеллекта: ускорение Gemini и Transformers

  • Ускорение обучения Gemini (повышение эффективности на 23%):
    • Оптимизация потока данных: AlphaEvolve перепроектировал протокол связи между сервером и клиентом параметров в распределенном обучении Gemini. Он динамически приоритезирует обновления градиента из «горячих» слоев (например, головы внимания в языковых моделях), сокращая задержку сети на 19%.
    • Совместное проектирование аппаратного и программного обеспечения: сгенерированный код Verilog для TPU, который предварительно загружает тензоры активации во время обратной пропагации, удваивая частоту попадания в кэш при умножении матриц.

  • Сокращение вычислений трансформера (32,5%):
    • Уточнение нормализации слоев: выявлены избыточные операции вычитания в RMSNorm (вариант трансформатора), которые заменены одной инструкцией слияния умножения и сложения (FMA), что позволяет сэкономить 12 FLOP на токен.
    • Шаблоны доступа к памяти: оптимизирована компоновка тензора весов для пространственной локальности, что позволило сократить использование пропускной способности DRAM на 28% в кластерах TPUv5e Google.

  • Влияние на центры обработки данных:
    0,7% прирост использования ресурсов (эквивалентно более 12 000 GPU-часов в день в глобальных центрах обработки данных Google) означает:
    • экономии энергии в размере 2,3 млн долларов в год (за счет сокращения времени простоя серверов).
    • Ускорение циклов итерации модели Gemini на 1,2%, что ускоряет внедрение новых функций (например, многоязычное понимание видео) на 3 недели.

Технические темы по различным областям

  • Объединяющий механизм: Все прорывы основаны на цикле «гипотеза-проверка-подтверждение» AlphaEvolve:
    1. Формулировка гипотезы (Gemini: «Что будет, если повернуть шестиугольники на 15°?»).
    2. Тестирование (симуляция упаковки/запуск матричных тестов).
    3. Проверка (формальные доказательства для математики, стресс-тесты оборудования для инфраструктуры).
  • Синергия человека и ИИ: хотя AlphaEvolve работает автономно, исследователи подбирают наборы метрик для конкретных областей (например, «минимизация охватываемой площади» для геометрии, «максимизация пропускной способности обучения» для инфраструктуры ИИ), управляя его развитием без микроменеджмента.

AlphaEvolve против AlphaGo: разные пути к инновациям

Хотя оба принадлежат к семейству DeepMind Alpha, AlphaEvolve и AlphaGo представляют собой разные технические философии:

  • AlphaGo: основан на методе усиленного обучения (RL) в сочетании с данными о играх людей. Его знаменитый 37-й ход против Ли Седола поразил шахматные эксперты, но потребовал огромного количества тщательно отобранных данных для обучения и ручного кодирования правил.
  • AlphaEvolve: использует эволюционные алгоритмы (EA), имитирующие естественный отбор. Он начинает с базового решения (например, алгоритма умножения матриц Страссена), а затем использует модели Gemini для генерации «мутировавших» вариантов. Автоматизированные оценщики оценивают каждый вариант по таким критериям, как скорость вычислений или математическая точность, и лучшие варианты отбираются для следующей итерации. Этот подход «выживает сильнейший» не требует человеческого опыта, кроме определения проблемы и метрик.
Это отличие делает AlphaEvolve особенно подходящим для открытых научных исследований, где правила нечеткие, а решения требуют радикальных инноваций.
Side by side comparison of AlphaGo and AlphaEvolve in a cyberpunk setting. AlphaGo on the left plays Go using human data while AlphaEvolve on the right autonomously invents algorithms
AlphaGo vs AlphaEvolve: AlphaGo (left) masters Go with human - data - driven reinforcement learning, while AlphaEvolve (right) pioneers algorithm discovery autonomously, highlighting the evolution from game - playing to algorithm - inventing AI.

Техническая архитектура Как она достигает автономности

1 Синергия алгоритма Gemini-Evolutionary

  • Этап идеации: Gemini Pro генерирует описания потенциальных алгоритмов на естественном языке («более эффективный способ факторизации больших чисел»).
  • Эволюционное усовершенствование: генетический алгоритм итеративно обрабатывает эти идеи, объединяя успешные компоненты и отбрасывая неудачные. Например, при оптимизации распределения ресурсов центра обработки данных AlphaEvolve протестировал более 12 000 эвристических алгоритмов планирования, прежде чем остановился на решении, которое восстанавливает 0,7 % глобальных вычислительных ресурсов.
  • Уровень валидации: автоматизированные инструменты, такие как формальная верификация Coq, обеспечивают математическую корректность, а синтетические тесты (например, стресс-тесты TensorFlow Lite) проверяют реальную производительность.

2 Модель сотрудничества человека и ИИ

AlphaEvolve процветает благодаря автономности, но при этом сохраняет прозрачность для контроля со стороны человека. Исследователи могут проверять его дерево решений через визуальный интерфейс, определяя, почему определенные алгоритмы были поставлены в приоритет (например, энергоэффективность перед скоростью в мобильных развертываниях). Эта «совместная автономность» оказалась критически важной в приложениях с высокими ставками, таких как система управления кластерами Borg от Google, где ее оптимизации теперь работают круглосуточно без вмешательства человека.

Реальное воздействие за пределами лабораторных экспериментов

1 Демократизация инноваций с помощью фонда AI Futures Fund

Благодаря фонду Google AI Futures Fund инструменты AlphaEvolve становятся доступными для стартапов и исследователей. Среди первых пользователей:

  • Материаловедение: биотехнологический стартап использовал платформу для поиска алгоритмов, чтобы разработать модели молекулярного моделирования, сократив время отбора потенциальных лекарственных препаратов на 40 %.
  • Автономные транспортные средства: команда робототехников оптимизировала алгоритмы поиска маршрутов для городских условий, что позволило сократить риск столкновений на 27% в ходе симуляционных испытаний.

2 Переосмысление затрат на разработку алгоритмов

Для предприятий AlphaEvolve представляет собой кардинальное изменение в экономике научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Пример из практики подразделения Google Cloud показывает, что автоматизация разработки алгоритмов для конкретных задач клиентов сократила время разработки на 60 %, причем решения часто превосходили по эффективности альтернативные варианты, созданные вручную. Такая эффективность имеет прямое значение для отраслей, зависимых от индивидуальных алгоритмов, от финансов (моделирование рисков) до логистики (оптимизация маршрутов).

Путь вперед: вызовы и возможности

1 Этические и вычислительные границы

Критики предупреждают о возможном злоупотреблении, например, использовании оптимизированных алгоритмов для взлома шифрования в военных целях. Для решения этой проблемы DeepMind встроила «этические ограничения», блокирующие приложения с высоким уровнем риска (согласно международным стандартам). Кроме того, вычислительные требования остаются значительными: обучение одного алгоритмического прорыва требует около 1,2 миллиона часов работы графического процессора, что вызывает вопросы об энергетической устойчивости.

2 Расширение на новые рынки

В перспективе AlphaEvolve будет адаптирована для:

  • Климатические технологии: разработка энергоэффективных алгоритмов для интеллектуальных энергосетей с целью сокращения углеродного следа.
  • Здравоохранение: оптимизация протоколов МРТ-сканирования для минимизации воздействия радиации при одновременном повышении четкости изображения.
  • Квантовые вычисления: разработка алгоритмов исправления ошибок для зарождающихся квантовых архитектур.

Заключение

AlphaEvolve — это больше, чем просто инструмент; это сдвиг парадигмы в подходе к решению проблем. Совмещая креативность крупных языковых моделей с строгостью эволюционных вычислений, он уже решил головоломки, которые веками ставили в тупик людей, и переопределил инфраструктуру ИИ. По мере расширения его возможностей благодаря таким инициативам, как AI Futures Fund, агент готов демократизировать передовой дизайн алгоритмов, сделав передовые инновации доступными для стартапов и исследователей по всему миру. В эпоху, когда эффективность и прорывы имеют первостепенное значение, AlphaEvolve доказывает, что будущее ИИ может быть таким, где машины помогают нам воображать и создавать то, что мы никогда не смогли бы сделать в одиночку.

Подписаться

Присоединяйтесь к нашему списку подписчиков, чтобы получать ежемесячные обновления блога, новости о технологиях, практические примеры. Мы никогда не будем рассылать спам, и вы можете отказаться от подписки в любое время.

Об авторе

Picture of Aidan Taylor
Aidan Taylor

I am Aidan Taylor and I have over 10 years of experience in the field of PCB Reverse Engineering, PCB design and IC Unlock.

Поделиться

Рекомендуемый пост

Tags

Нужна помощь?

Прокрутить вверх

Instant Quote