Atklāts silīcija fotoniskais neironu tīkls

Neironu tīkli ar vētru pārņem skaitļošanas pasauli. Pētnieki tos izmantojuši, lai radītu mašīnas, kas apgūst milzīgu prasmju klāstu, kas iepriekš bija unikālas cilvēku zināšanas — objektu atpazīšana, sejas atpazīšana, dabiskās valodas apstrāde, mašīntulkošana. Visas šīs un citas prasmes tagad iekārtām kļūst par ikdienu.

Tāpēc ir liela interese izveidot jaudīgākus neironu tīklus, kas varētu vēl vairāk paplašināt mākslīgā intelekta robežas. Šī darba mērķis ir izveidot ķēdes, kas darbojas vairāk kā neironi, tā sauktās neiromorfās mikroshēmas. Bet kā padarīt šīs shēmas ievērojami ātrākas?

Šodien mēs saņemam sava veida atbildi, pateicoties Aleksandra Taita un viņa draugu darbam Prinstonas universitātē Ņūdžersijā. Šie puiši ir izveidojuši integrētu silīcija fotonisko neiromorfo mikroshēmu un parāda, ka tā aprēķina ar īpaši ātru ātrumu.

Optiskā skaitļošana jau sen ir bijis datorzinātņu lielais sapnis. Fotoniem ir ievērojami lielāks joslas platums nekā elektroniem, tāpēc tie var ātrāk apstrādāt vairāk datu. Taču optisko datu apstrādes sistēmu priekšrocības nekad nav atsvērušas to izgatavošanas papildu izmaksas, un tāpēc tās nekad nav tikušas plaši izmantotas.

Tas ir sācis mainīties dažās skaitļošanas jomās, piemēram, analogo signālu apstrādē, kam nepieciešama tāda īpaši ātra datu apstrāde, kādu var nodrošināt tikai fotoniskās mikroshēmas.

Tagad neironu tīkli paver jaunu iespēju fotonikai. Fotoniskie neironu tīkli, kas izmanto silīcija fotoniskās platformas, varētu piekļūt jauniem īpaši ātras informācijas apstrādes režīmiem radio, kontrolei un zinātniskai skaitļošanai, saka Taits un citi.

Izaicinājuma pamatā ir izveidot optisku ierīci, kurā katram mezglam ir tādas pašas reakcijas īpašības kā neironam. Mezgli ir sīki apļveida viļņvadi, kas izgrebti silīcija substrātā, kurā var cirkulēt gaisma. Kad šī gaisma tiek izlaista, modulē lāzera jaudu, kas strādā pie sliekšņa, režīmā, kurā nelielas izmaiņas ienākošajā gaismā dramatiski ietekmē lāzera jaudu.

Būtiski, ka katrs sistēmas mezgls darbojas ar noteiktu gaismas viļņa garumu — paņēmienu, kas pazīstams kā viļņu dalīšanas multipleksēšana. Gaismu no visiem mezgliem var summēt ar kopējās jaudas noteikšanu, pirms tā tiek ievadīta lāzerā. Un lāzera izvade tiek ievadīta atpakaļ mezglos, lai izveidotu atgriezeniskās saites ķēdi ar nelineāru raksturu.

Svarīgs jautājums ir par to, cik ļoti šī nelinearitāte atdarina nervu uzvedību. Taits un co mēra izvadi un parāda, ka tā ir matemātiski līdzvērtīga ierīcei, kas pazīstama kā nepārtraukta laika atkārtots neironu tīkls. Šis rezultāts liecina, ka CTRNN programmēšanas rīkus varētu izmantot lielākiem silīcija fotoniskajiem neironu tīkliem, viņi saka.

Tas ir svarīgs rezultāts, jo tas nozīmē, ka ierīce, ko Tait un co ir radījuši, var nekavējoties izmantot plašo programmēšanas nous klāstu, kas ir apkopots šāda veida neironu tīkliem.

Viņi turpina demonstrēt, kā to var izdarīt, izmantojot tīklu, kas sastāv no 49 fotoniskajiem mezgliem. Viņi izmanto šo fotonisko neironu tīklu, lai atrisinātu matemātisko problēmu par noteikta veida diferenciālvienādojuma atdarināšanu un salīdzinātu to ar parastu centrālo procesoru.

Rezultāti parāda, cik ātri var būt fotoniskie neironu tīkli. Tiek lēsts, ka fotoniskā neironu tīkla efektīvais aparatūras paātrinājuma koeficients šajā uzdevumā ir 1960 ×, saka Tait un co. Tas ir trīs lieluma kārtu paātrinājums.

Tas paver durvis uz pilnīgi jaunu nozari, kas varētu ieviest optisko skaitļošanu galvenajā virzienā. Silīcija fotoniskie neironu tīkli varētu būt pirmais iebrukums plašākā silīcija fotonisko sistēmu klasē mērogojamai informācijas apstrādei, saka Taifs un citi.

Un arī citi strādā šajā jomā. Šī gada sākumā Yichen Shen no MIT un daži draugi ierosināja pilnībā optiskā neironu tīkla arhitektūru un demonstrēja tā elementus, izmantojot programmējamu nanofotonisko procesoru.

Protams, daudz kas ir atkarīgs no tā, cik labi darbojas pirmās paaudzes elektroniskās neiromorfās mikroshēmas. Fotoniskajiem neironu tīkliem būs jāpiedāvā ievērojamas priekšrocības, lai tos plaši izmantotu, un tāpēc tiem būs nepieciešams daudz detalizētāks raksturojums. Skaidrs, ka fotonikai priekšā ir interesanti laiki.

Atsauce: arxiv.org/abs/1611.02272 : Neiromorfā silīcija fotonika

Šis stāsts tika atjaunināts 22. novembrī, iekļaujot MIT pētnieku papildu darbu.

paslēpties