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La nuova piattaforma AI Solver sviluppata dai Laboratori di Fujitsu trasforma i simulatori tradizionali in simulatori rapidi e precisi, basati sull’Intelligenza Artificiale

In breve:
  • La nuova tecnologia AI di Fujitsu Laboratories ha permesso di creare una piattaforma che converte simulatori basati sulla fisica in simulatori AI rapidi e altamente precisi senza alcun compromesso in termini di funzionalità
  • Completando calcoli ‘approssimati’ ad alte prestazioni per scenari altamente complessi, la tecnologia velocizza i processi di un fattore 3000x rispetto alle soluzioni convenzionali
  • La soluzione presenta le potenzialità per rivoluzionare applicazioni come CAE (Computer Aided Engineering (CAE), design di prodotto e prestazioni degli smart device autonomi
Milano, 08 novembre, 2018 – Fujitsu Laboratories of Europe ha annunciato lo sviluppo di una nuova tecnologia e una nuova piattaforma basate su AI per consentire la conversione dei tradizionali simulatori basati sulla fisica in simulatori AI rapidi e altamente precisi. Fujitsu AI Solver rappresenta un'importante innovazione per le applicazioni industriali destinata a rivoluzionare ambiti come CAE, design di prodotto e prestazioni degli smart device autonomi. Nel caso del CAE, la simulazione riveste un ruolo essenziale per ridurre il numero di costosi prototipi e insuccessi supportando le decisioni di design insieme con le relative verifiche e convalide. AI Solver rivoluziona la velocità del processo di simulazione apportando vantaggi di business in proporzione. La piattaforma è frutto di un programma di sviluppo congiunto tra Fujitsu Laboratories Ltd, Fujitsu Advanced Technologies Ltd e Fujitsu Laboratories of Europe.
Fujitsu AI Solver accelera significativamente il time-to-solution delle simulazioni basate sulla fisica, un'area che coinvolge tipicamente calcoli complicati che possono richiedere diverse ore per un unico processo. Fujitsu ha ridotto questo arco di tempo da intere ore a pochi millisecondi senza compromettere le performance (<2% di discrepanza rispetto alle controparti basate sulla fisica). La generazione di grandi database contenenti i risultati delle simulazioni e l'addestramento di reti neurali profonde di grandi dimensioni sono attività complesse che richiedono molto tempo. Fujitsu ha combinato molteplici elementi per raggiungere le performance di AI Solver ricorrendo alle caratteristiche dei dati delle reti neurali profonde dei simulatori basati su AI per creare automaticamente approssimazioni altamente mirate che vengono rese disponibili in tempo reale anziché in ore o giorni. Ciò comporta l'avvio della fase di apprendimento dai grandi database contenenti i risultati delle simulazioni mentre i dati sono ancora in fase di generazione, accorgimento che taglia di un terzo il tempo richiesto.
Le potenziali applicazioni di Fujitsu AI Solver sono numerosissime. Nel caso del design di prodotto, la soluzione può consentire ai progettisti di ricevere feedback in tempo reale anziché dover attendere i risultati per ore. Per quanto riguarda gli smart device, robot che hanno bisogno di adattarsi autonomamente all'ambiente circostante, ottenere i risultati delle simulazioni in tempo reale incrementerebbe enormemente tanto l'efficienza quanto l'autonomia rispetto al ricorso di semplici tecniche euristiche.
Adel Rouz, CEO di Fujitsu Laboratories of Europe, ha spiegato: “Mentre l'arrivo dell'HPC e del cloud computing ha trasformato il processo della simulazione riducendo i costi hardware e software ad esso associati, non abbiamo ancora visto tradursi queste nuove soluzioni in una riduzione significativa del tempo impegnato per eseguire le singole simulazioni. La conversione dei tradizionali simulatori basati sulla fisica in simulatori AI è una svolta rivoluzionaria che abbatte i tempi richiesti da una singola simulazione portandoli da intere ore a pochi millisecondi. Una sfida chiave per noi è stata quella di riuscire a incorporare tutte le caratteristiche del solver originale anziché limitarsi a permettere agli utenti di modificare la sola geometria. La sfida è stata riuscire a farlo in modo generico e uniforme, piuttosto che caso per caso. Mentre sul breve termine la nostra tecnologia punta ai tradizionali utenti di CAE come i designer, le applicazioni potenziali vanno ben oltre la progettazione di prodotto comprendendo l'aumento dell'efficienza degli smart device, come i robot, grazie alla disponibilità di simulazioni in tempo reale al posto delle tecniche euristiche”.
Akihiko Miyazawa, CEO di FATEC, riflette dal punto di vista del design: “La progettazione di dispositivi elettronici è un'attività complessa e impegnativa che ha bisogno di bilanciare numerosi obiettivi in competizione tra loro con la disposizione della componentistica, con rigidi vincoli di temperatura, con limitazioni delle dimensioni e del peso, e con ampie variazioni delle condizioni operative. I progettisti sono inoltre costretti a valutare molteplici scenari di design in tempi ristretti, rendendo la prototipazione fisica necessaria a valutare i progetti una questione tanto costosa quanto lunga. Per affrontare queste sfide, i progettisti possono ora utilizzare simulatori AI che permettono di collaudare un design in maniera virtuale misurandone le prestazioni in numerosi scenari in tempi brevissimi. Come conseguenza della rivoluzionaria tecnologia di Fujitsu, l'intero processo ne risulta fortemente ottimizzato”.
Esempi della piattaforma Fujitsu AI Solver comprendono la conversione in simulatori AI di due tipologie molto differenti di simulatori basati sulla fisica. La prima riguarda un simulatore 3D per il trasferimento di calore che modella l'interazione termica tra solidi e fluidi, di cui ci si avvale frequentemente per progettare e verificare il raffreddamento di componenti elettronici. La soluzione consiste in una simulazione multi-fisica che richiede la gestione di svariate proprietà dei materiali, fonti di alimentazione e radiazione.
Il secondo esempio è invece un simulatore elettromagnetico computazionale che modella la magnetizzazione di un solido soggetto all'influenza di un campo magnetico esterno, cui si ricorre spesso nella progettazione delle testine degli hard disk o altri dispositivi di memoria. Come mostrato negli esempi che seguono, i risultati dei simulatori di riferimento basati sulla fisica e quelli delle loro controparti AI sono praticamente indistinguibili, con una discrepanza inferiore al 2%.

Figura 1: A sinistra, i risultati della simulazione del trasferimento di calore. A destra, i risultati della simulazione micromagnetica

Fujitsu Laboratories of Europe è un Centro di Eccellenza per la ricerca avanzata di Fujitsu nei campi del machine learning e del deep learning, parte delle soluzioni e dei servizi digitali che vengono sviluppati mediante l'approccio di Human Centric AI di Fujitsu denominato Zinrai. Le attività di Fujitsu Laboratories of Europe comprendono una estesa collaborazione e co-creazione con i clienti Fujitsu e con enti di ricerca di tutta Europa, come la clinica ospedaliera San Carlos di Madrid (con il sistema di AI intelligente per la sanità HIKARI) e l'Università di Siviglia (data analytics per applicazioni dedicate al turismo).
Uno sguardo alla tecnologia
I primi tentativi di creazione di simulatori AI vertevano su un'unica applicazione specifica ed erano basati su architetture di deep network realizzate su misura lasciando all'utente l'unica possibilità di modificare la forma dell'oggetto simulato mantenendo costanti tutte le altre condizioni della simulazione. Allo scopo di allargare l'applicabilità dei simulatori AI, Fujitsu ha invece sviluppato una nuova architettura di deep network capace di gestire non solo la geometria ma anche una vasta gamma di proprietà fisiche come caratteristiche dei materiali, radiazioni o campi magnetici esterni. Questo risultato viene ottenuto mappando automaticamente ciascuna proprietà fisica a un campo proprietà collegato alla geometria, con tutti i campi così creati che vengono quindi trasmessi alla rete sotto forma di canali di input separati. Ciò viene fatto in modo tale da permettere alla rete di apprendere con precisione il contributo di ciascuna proprietà rispetto all'output finale. Anche se a volte è necessaria l'ottimizzazione degli iperparametri, la stessa architettura di rete può essere utilizzata per numerose tipologie di simulatori AI allo scopo di approssimare fenomeni fisici molto differenti tra loro. L'adozione di un'unica architettura di rete consente di avvalersi di una pipeline comune con operazioni di input e output standardizzate.
Con l'esecuzione di simulazioni basate sulla fisica che richiedono intere ore se non giorni, la generazione di database contenenti decine di migliaia di voci può diventare un processo estremamente lento. Una volta generati i dati, anche l'addestramento della deep network richiede ugualmente molto tempo, in particolare quando la rete deve essere addestrata più volte per ottimizzare i propri iperparametri. Allo scopo di abbreviare il tempo di apprendimento totale, la piattaforma Fujitsu AI Solver sovrappone la generazione parallela di dati con l'ottimizzazione degli iperparametri. Il processo di ottimizzazione inizia non appena è stata generata una piccola quantità di dati (p. es. 10-20%) e continua man mano che prosegue la generazione dei dati. Il risultato finale è che è possibile ottenere una rete completamente addestrata quasi immediatamente dopo il termine della generazione dei dati.
Note
Questa nuova soluzione AI fa parte delle soluzioni e dei servizi digitali che Fujitsu sta sviluppando nell'ambito del proprio approccio Human Centric AI denominato Zinrai, che comprende un framework completo di componenti tecnologici come machine learning, deep learning e riconoscimento visivo.
Notizie collegate
- PR di AI Lab per SB: http://pr.fujitsu.com/jp/news/2018/09/19-4.html
Risorse online

About Fujitsu

Fujitsu è la principale società giapponese di ICT (Information and Communication Technology) che propone una gamma completa di prodotti, soluzioni e servizi tecnologici. Con circa 140.000 dipendenti, Fujitsu è presente in oltre 100 Paesi. Fujitsu, al fianco dei propri clienti, combina le proprie esperienze con le potenzialità della tecnologia per dare forma alla società futura. Fujitsu Limited (TSE: 6702) ha chiuso il suo ultimo esercizio al 31 marzo 2018 con un fatturato consolidato di 4,1 trilioni di yen, pari a circa 39 miliardi di dollari. Per maggiori informazioni, è possibile visitare l'indirizzo http://www.fujitsu.com/.

Fujitsu EMEIA

Fujitsu promuove una Human Centric Intelligent Society, dove l’innovazione è guidata dall’integrazione tra persone, informazioni e infrastrutture. Nell’area Europa, Medio Oriente, India e Africa (EMEIA), il nostro solido organico di 27.000 dipendenti è impegnato sulla Digital Co-creation, miscelando le competenze di business con la tecnologia digitale e creando nuovo valore insieme all’ecosistema di partner e clienti. Abilitiamo la trasformazione digitale dei nostri clienti attraverso servizi tecnologici connessi, con focus su Intelligenza Artificiale, Internet of Things e Cloud – con la Sicurezza come elemento trasversale. Per maggiori informazioni è possibile consultare l'indirizzo http://www.fujitsu.com/fts/about/.

Informazioni su Fujitsu Advanced Technologies

Come azienda di Fujitsu che supporta la progettazione e la produzione dei prodotti per i clienti, Fujitsu Advanced Technologies offre l'esperienza tecnica sviluppata da Fujitsu tramite la piattaforma Engineering Cloud ™. Questa piattaforma di sviluppo utilizza le ultime tecnologie ICT per offrire alta velocità, alta affidabilità e alte prestazioni per le applicazioni dei clienti. Un focus chiave per Fujitsu Advanced Technologies include il supporto totale al cliente per ottenere cicli di sviluppo del prodotto più efficienti, a basso costo e il più breve possibile, applicando la sua vasta tecnologia e competenza attraverso analisi, test, assemblaggio, raffreddamento e progettazione di circuiti acquisiti dallo sviluppo di una croce diversa -sezione di prodotti, che vanno dai super computer agli smartphone. Fujitsu Advanced Technologies intende essere il partner di scelta, collaborando con i clienti per sviluppare una società confortevole e sicura.

Fujitsu Laboratories of Europe

Fondata nel 2001 e con una presenza attiva in Europa dal 1990, Fujitsu Laboratories of Europe Limited rappresenta Fujitsu Laboratories in tutta l'area EMEIA, concentrandosi su iniziative regionali che riflettono il diverso mix di Paesi e ideologie. Fujitsu Laboratories of Europe è focalizzata sulla creazione di soluzioni all'avanguardia per offrire benefici alla comunità, adottando una strategia di co-creazione e collaborando con clienti, partner e la società nel suo insieme per avviare una nuova generazione di applicazioni e servizi incentrati sull'utente e sostenute da analisi delle informazioni creative. Come uno dei centri di eccellenza globale di Fujitsu per l'intelligenza artificiale, Fujitsu Laboratories of Europe si occupa di sicurezza, innovazione della società, manufacturing ed etica applicata all'intelligenza artificiale e dello sviluppo di applicazioni di high performance computing. Per ulteriori informazioni: http://www.fujitsu.com/it/fle/.

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Date: 08 novembre, 2018
City: Milano