時間：2024-12-03 10:34 來源：人民網 閱讀量：10270
新型光芯片可執(zhí)行深度神經網絡關鍵計算
2日發(fā)表在《自然·光子學》雜志上的論文稱，美國麻省理工學院科學家開發(fā)出一種全集成光芯片。它能以光學方式執(zhí)行深度神經網絡所需的所有關鍵計算，為制造能實時學習的高速處理器打開了大門。
這種新型光芯片能夠在不到半納秒的時間內，完成機器學習分類任務的關鍵計算，性能與傳統硬件相當。該芯片由相互連接的模塊組成，形成一個光學神經網絡，并采用商業(yè)代工工藝制造，這有助于技術的擴展和與電子產品集成。
深度神經網絡由多層相互連接的節(jié)點組成，執(zhí)行線性和非線性操作以處理復雜數據。其中，非線性運算使深度神經網絡能夠解決復雜問題。2017年，麻省理工學院恩格倫德小組與馬林·索爾賈契奇實驗室合作，在光芯片上演示了能執(zhí)行矩陣乘法的光學神經網絡，但這種設計無法在芯片上直接進行非線性操作。設計的難題在于，觸發(fā)光學非線性非常耗電。
后來，研究團隊開發(fā)了一種非線性光學功能單元，克服了這一挑戰(zhàn)。他們通過結合電子學和光學技術，在芯片上實現了非線性操作，從而實現在光芯片上構建光學深度神經網絡。其中，神經網絡參數編碼作為光信號，通過可編程分光鏡陣列進行矩陣乘法，再由NOFU實現非線性功能，無需外部放大器，能耗極低。
該光芯片在訓練測試中準確率超96%，推理準確率超92%，且執(zhí)行關鍵計算時間不到半納秒。整個電路采用與制造CMOS芯片相同的基礎設施和工藝，有利于大規(guī)模生產和降低制造誤差。這一研究為在光芯片上高效訓練深度神經網絡提供了可能。
從長遠來看，光芯片有望實現更快、更節(jié)能的深度學習，適用于激光雷達、天文學和粒子物理學等領域的研究或高速電信等計算要求高的應用。
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