Przełom w optycznych procesorach dla uczenia maszynowego
Naukowcy opracowali nowy fotoniczny procesor, który realizuje kluczowe obliczenia głębokich sieci neuronowych wyłącznie za pomocą światła. Ta technologia może znacząco przyspieszyć uczenie maszynowe i zwiększyć jego efektywność energetyczną.
Ograniczenia tradycyjnych technologii
Rosnąca złożoność modeli głębokich sieci neuronowych prowadzi do wyczerpywania możliwości tradycyjnych układów elektronicznych. Optyczne rozwiązania oferują alternatywę, pozwalając na szybsze i bardziej efektywne przetwarzanie danych. Jednak wcześniej pewne typy obliczeń wymagały dodatkowych urządzeń elektronicznych, co ograniczało ich zastosowanie.
Nowa generacja układów fotonicznych
Po dekadzie badań opracowano układ fotoniczny, który pokonuje wcześniejsze bariery technologiczne. Procesor ten integruje wszystkie kluczowe operacje głębokiej sieci neuronowej, eliminując potrzebę użycia komponentów zewnętrznych.
Wydajność i precyzja
Urządzenie realizuje operacje klasyfikacyjne z dokładnością przekraczającą 92%, a czas potrzebny na pojedyncze obliczenie to mniej niż pół nanosekundy. Wyniki te dorównują wydajności tradycyjnych układów, przy jednoczesnym obniżeniu zużycia energii.
Struktura i zasada działania
Procesor składa się z modułów, które tworzą optyczną sieć neuronową. Wprowadzone dane są przetwarzane za pomocą macierzowych operacji liniowych oraz funkcji nieliniowych, możliwych dzięki zastosowaniu innowacyjnych nonlinear optical function units (NOFUs).
Optymalizacja procesów nieliniowych
Kluczowym osiągnięciem było opracowanie metod realizacji operacji nieliniowych bez konwersji sygnałów na domenę elektryczną. Wykorzystano do tego fotodiody, co minimalizuje straty energii i umożliwia utrzymanie wysokiej szybkości przetwarzania.
Integracja z istniejącą technologią
Procesor został wyprodukowany przy użyciu komercyjnych procesów foundry, podobnych do tych stosowanych przy tworzeniu chipów CMOS. Dzięki temu możliwa jest masowa produkcja urządzenia przy minimalnych błędach.
Nowe zastosowania i przyszłe badania
Fotoniczny procesor znajduje zastosowanie w takich dziedzinach jak nawigacja, telekomunikacja czy nauki ścisłe. Przyszłe badania skupią się na integracji urządzenia z elektroniką użytkową oraz rozwoju algorytmów dostosowanych do tej technologii.
