Учёные из Массачусетского технологического института и их зарубежные коллеги создали, по их утверждению, первый полностью фотонный процессор для искусственного интеллекта. Этот фотонный процессор работает не хуже аналогичных устройств на кремниевых транзисторах, но при этом расходует меньше энергии. Это особенно важно для разработки интеллектуальной периферии, такой как лидары, камеры, коммуникационные устройства и другие подобные устройства, для которых открываются новые возможности.
Главная сложность в разработке полностью фотонного чипа для ИИ состоит в том, что свет хорошо выполняет линейные вычисления, в то время как нелинейные требуют значительных затрат энергии. Для выполнения последних нужны специальные элементы, поскольку фотоны взаимодействуют друг с другом только в определённых условиях. Таким образом, изначально линейные операции, например, умножение матриц, выполнялись фотонным модулем, а для нелинейных преобразований световой сигнал переводился в электрическую форму и затем обрабатывался традиционным способом — с помощью кремниевого транзистора.
Исследователи из MIT стремились разработать универсальный процессор, который бы принимал световые сигналы на входе и выдавал световые сигналы на выходе без применения кремниевых сопроцессоров. По их словам, благодаря предыдущим исследованиям и достижениям иностранных коллег, им удалось решить эту задачу.
Исследователи разработали оптическое устройство, которое способно выполнять ключевые вычисления для задач классификации с использованием машинного обучения менее чем за половину наносекунды и с точностью более 92 %. Этот результат сопоставим с показателями традиционного оборудования. Чип состоит из связанных модулей, образующих оптическую нейронную сеть, и создан с применением коммерческих литографических технологий, что обеспечивает возможность масштабирования и интеграции этой технологии в современную электронику.
Учёные нашли интересное решение проблемы нелинейных фотонных вычислений. Они создали блок NOFU (нелинейно-оптический функциональный блок), интегрированный в оптический процессор, который позволяет использовать электронные цепи вместе с оптическими без необходимости обращаться к внешним операциям. Похоже, что блок NOFU представляет собой компромисс между чисто фотонными нелинейными схемами и традиционными электронными решениями.
Сначала система преобразует параметры глубокой нейронной сети в световые импульсы. Затем массив программируемых светоделителей выполняет матричное умножение входных данных. После этого информация поступает в программируемый слой NOFU, где выполняются нелинейные функции и передача световых сигналов на фотодиоды. Эти диоды, в свою очередь, преобразуют световые сигналы в электрические импульсы. Так как этот процесс не требует внешнего усиления, блоки NOFU расходуют совсем немного энергии.
По материалам:
3dnews
