Pristatytas silicio fotoninis neuroninis tinklas

Neuroniniai tinklai audringai užvaldo kompiuterijos pasaulį. Tyrėjai juos panaudojo kurdami mašinas, kurios mokosi daugybės įgūdžių, kurie anksčiau buvo unikalūs žmonėms – objektų atpažinimo, veido atpažinimo, natūralios kalbos apdorojimo, mašininio vertimo. Visi šie įgūdžiai ir dar daugiau dabar mašinoms tampa įprasta.

Taigi yra didelis susidomėjimas sukurti galingesnius neuroninius tinklus, kurie galėtų dar labiau išplėsti dirbtinio intelekto ribas. Šio darbo tikslas yra sukurti grandines, kurios veikia labiau kaip neuronai, vadinamieji neuromorfiniai lustai. Bet kaip šias grandines žymiai pagreitinti?

Šiandien mes gauname atsakymą dėl Aleksandro Taito ir jo draugų Prinstono universitete Naujajame Džersyje. Šie vaikinai sukūrė integruotą silicio fotoninį neuromorfinį lustą ir parodo, kad jis skaičiuoja itin dideliu greičiu.

Optinis kompiuteris jau seniai buvo didžioji kompiuterių mokslo svajonė. Fotonai turi daug didesnį pralaidumą nei elektronai, todėl gali greičiau apdoroti daugiau duomenų. Tačiau optinių duomenų apdorojimo sistemų pranašumai niekada nebuvo didesni už papildomas jų gamybos sąnaudas, todėl jos niekada nebuvo plačiai pritaikytos.

Tai pradėjo keistis kai kuriose skaičiavimo srityse, pavyzdžiui, analoginio signalo apdorojimo, kuriam reikalingas itin greitas duomenų apdorojimas, kurį gali užtikrinti tik fotoniniai lustai.

Dabar neuroniniai tinklai atveria naują galimybę fotonikai. Fotoniniai neuroniniai tinklai, naudojantys silicio fotonines platformas, galėtų pasiekti naujus itin greito informacijos apdorojimo režimus radijo, valdymo ir moksliniams skaičiavimams, sako Tait ir kt.

Iššūkio esmė – sukurti optinį įrenginį, kuriame kiekvienas mazgas turi tokias pačias atsako charakteristikas kaip ir neuronas. Mazgai yra mažų apskritų bangolaidžių, išskaptuotų į silicio substratą, kuriame gali cirkuliuoti šviesa, pavidalu. Išleista ši šviesa moduliuoja lazerio, dirbančio ties slenksčiu, išeigą – režimą, kai nedideli gaunamos šviesos pokyčiai daro didelį poveikį lazerio išeičiai.

Svarbiausia, kad kiekvienas sistemos mazgas veikia su tam tikru šviesos bangos ilgiu – tai technika, žinoma kaip bangų padalijimo multipleksavimas. Šviesa iš visų mazgų gali būti sumuojama naudojant visos galios aptikimą prieš tiekiant ją į lazerį. Ir lazerio išvestis grąžinama į mazgus, kad būtų sukurta netiesinio pobūdžio grįžtamojo ryšio grandinė.

Svarbus klausimas yra tai, kiek šis nelinijiškumas imituoja nervinį elgesį. Tait ir bendradarbiai išmatuoja išvestį ir parodo, kad ji matematiškai atitinka įrenginį, žinomą kaip nuolatinis pasikartojantis neuroninis tinklas. Šis rezultatas rodo, kad CTRNN programavimo įrankiai gali būti pritaikyti didesniems silicio fotoniniams neuroniniams tinklams, sako jie.

Tai svarbus rezultatas, nes tai reiškia, kad „Tait“ ir „co“ sukurtas įrenginys gali iš karto išnaudoti daugybę programavimo priemonių, kurios buvo surinktos tokio tipo neuroniniams tinklams.

Jie toliau demonstruoja, kaip tai galima padaryti naudojant tinklą, kurį sudaro 49 fotoniniai mazgai. Jie naudoja šį fotoninį neuronų tinklą, kad išspręstų matematinę tam tikros rūšies diferencialinės lygties imitavimo problemą ir palygintų ją su įprastu centriniu procesoriumi.

Rezultatai rodo, kokie greiti gali būti fotoniniai neuroniniai tinklai. Apskaičiuota, kad efektyvus fotoninio neuroninio tinklo aparatinės įrangos pagreičio koeficientas šioje užduotyje yra 1960 ×, sako Tait ir kt. Tai greitis trimis dydžiais.

Tai atveria duris visiškai naujai pramonei, kuri optinį skaičiavimą galėtų įtraukti į pagrindinį srautą. Silicio fotoniniai neuroniniai tinklai galėtų būti pirmieji žingsniai į platesnę silicio fotoninių sistemų klasę, skirtą keičiamam informacijos apdorojimui, sako Taif ir co.

Ir kiti taip pat dirba šioje srityje. Anksčiau šiais metais Yichen Shen iš MIT ir keli draugai pasiūlė visiškai optinio neuroninio tinklo architektūrą ir demonstravo jo elementus naudodamas programuojamą nanofotoninį procesorių.

Žinoma, daug kas priklauso nuo to, kaip gerai veikia pirmosios kartos elektroniniai neuromorfiniai lustai. Fotoniniai neuroniniai tinklai turės turėti didelių pranašumų, kad būtų plačiai naudojami, todėl jiems reikės daug išsamesnio apibūdinimo. Akivaizdu, kad fotonikos laukia įdomūs laikai.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1611.02272 : Neuromorfinė silicio fotonika

Ši istorija buvo atnaujinta lapkričio 22 d., įtraukiant papildomą MIT tyrėjų darbą.

paslėpti