Науковці розробили фотонні нейроморфні чіпи, які забезпечують навчання штучних нейронних мереж за допомогою світлових сигналів замість традиційної електроніки. Це нововведення може суттєво підвищити швидкість роботи робототехніки та автономних транспортних засобів, оскільки інформація передається світлом, що усуває затримки, властиві електронним елементам.
Про це пише видання Interesting Engineering.
Чіпи реалізують фотонну "спайкінгову" нейронну систему, яка наслідує функціонування біологічних нейронів через короткі світлові імпульси. Раніше фотонні технології обмежувалися лише простими лінійними розрахунками, а для виконання складніших навчальних етапів вимагалася електроніка, що значно уповільнювало процес. Новий підхід зберігає всі операції в оптичному середовищі, що суттєво підвищує як швидкість, так і енергоефективність.
Для ілюстрації своєї концепції дослідники розробили програмовану платформу, що складається з двох чіпів. Перший з них обладнаний 16-канальним фотонним нейроморфним процесором, який має 272 налаштовувані параметри і здатний одночасно обробляти кілька оптичних сигналів. Другий чіп включає масив лазерів з насичуваним поглиначем, що генерує нелінійні оптичні імпульси при низькому порозі.
Команда провела тестування системи, що використовує навчання з підкріпленням, де штучна нейронна мережа освоює нові навички шляхом експериментування і корекції помилок.
"Система демонструвала вражаючі темпи навчання, відкриваючи можливості для миттєвих рішень з мінімальною затримкою, особливо в таких сферах, як автономне водіння та роботи з вбудованим інтелектом", -- зазначив Шуйінг Сян, керівник досліджень в Університеті Сідіань у Китаї.
Модель спершу тренували у програмному середовищі, потім чіпи виконували навчання й обчислення на апаратному рівні. Після цього результати коригували у програмі для врахування невеликих апаратних відмінностей. Точність рішень була високою: похибка становила лише 1,5% для завдання CartPole і 2% для інверсного маятника.
Система продемонструвала ефективність до 1,39 тераоперацій на секунду на ват у випадку лінійних обчислень та близько 988 гігаоперацій на ват для нелінійних завдань, при цьому затримка на чіпі склала всього 320 пікосекунд.
Вчені планують створити 128-канальний чіп для складніших завдань навчання та компактні гібридні фотонні системи для "крайових" обчислень. Якщо проєкт вдасться, фотонні ШІ-чіпи можуть стати альтернативою електронним процесорам у майбутніх інтелектуальних машинах.
#Нейрон #Китай (регіон) #Транспортний засіб #Автономія #Імпульс #Швидкість #Сигнал #Лазер #Електроніка #Оптика #Комп'ютерне обладнання #Електронний компонент #Інтелект #Процесор (обчислювальна техніка) #Робот #Маятник
