光學科技：目前世界上最快的光學神經形態處理器

Xingyuan (Mike) Xu博士展示集成光學微梳芯片，該芯片構成了光學神經形態處理器的核心部分。圖片來源：斯威本科技大學
由斯威本科技大學領導的國際團隊展示了世界上最快、最強大的人工智能光學形態處理器，其運行速度超過每秒10萬億次運算（TeraOPs/s），能夠處理超大規模數據。這一突破發表在著名雜誌《自然》上， 意味著神經網絡和神經形態處理的巨大飛躍。
人工神經網絡作為人工智能的一種重要形式，可以“學習”並執行複雜的操作，並廣泛應用於計算機視覺、自然語言處理、麵部識別、語音翻譯、策略遊戲、醫療診斷和其他領域。受大腦視覺皮層係統的生物結構啟發，人工神經網絡提取原始數據的主要特征，以前所未有的準確性和簡潔性來預測屬性和行為。
在斯威本科技大學David Moss教授、Xingyuan Xu博士（莫納什大學Swinburne）和皇家墨爾本理工大學傑出教授Arnan Mitchell的帶領下，該團隊在光學神經網絡領域取得了非凡的成就：極大地提高了該網絡的計算速度和處理能力。
這個團隊展示了一種光學神經形態處理器，其運行速度比任何以前的處理器快1000倍以上，並且還能處理創紀錄大小的超大規模圖像，足以實現全麵部圖像識別，這是其他光學處理器無法做到的。
Swinburne光學科學中心主任Moss教授說： “正如我們在2020年5月達成的創世界紀錄的互聯網數據速度一樣，這一突破是通過光學微梳子實現的。”


圖片來源：Pixabay
雖然最先進的電子處理器（例如Google TPU）的速度運行可以超過100TeraOPs/s，但這是通過數以萬計的並行處理器完成的。相比之下，該團隊展示的光學係統使用的是單個處理器。通過集成的微梳光源，使用一種新技術，可以在時間、波長和空間維度上同時交織數據。
微梳是一種相對較新的設備，它就像彩虹一樣，單個芯片上有數百個高質量紅外激光。該設備比任何光源設備都更快、更小、更輕且更便宜。
“自從我發明它們以來的10年中，集成微梳狀芯片已經變得極為重要，在信息通信和處理方麵取得如此巨大的進步，著實令人激動。微梳為我們提供極大的希望，可以用來滿足世界對信息無限的需求，”Moss教授說。
該研究報告的共同作者、莫納什大學電子與計算機係統工程係的博士後Xu博士說：“該處理器可以用作任何（基於光學或電子）神經形態硬件的通用超高帶寬前端，為實時超高帶寬數據帶來海量觸手可及的數據機器學習資源。”
Xu博士解釋說： “我們正在對未來處理器的外觀進行一個簡單的預告。它切實地向我們展示了如何通過創新地使用微梳子來顯著擴展處理器的功能。”


圖片來源：Pixabay
皇家墨爾本理工大學的教授Mitchell補充說：“這項技術適用於所有形式的處理和通信，它將產生巨大的影響。從長遠來看，我們希望在芯片上實現完全集成的係統，從而大大降低成本和能耗。”
“卷積神經網絡一直是人工智能革命的核心，但現有的矽技術日益呈現出處理速度和能源效率的瓶頸，” 該研究團隊的主要支持者、來自斯威本和沃爾特與伊麗莎白霍爾研究所 (Walter and Elizabeth Hall Institute) 的Damien Hicks教授說。
他補充說：“這一突破展示了新的光學技術是如何使此類網絡更快更高效，並且深刻地證明了跨學科思維的好處，即從一個領域汲取靈感和勇氣，並用來解決其他領域的根本問題。”
翻譯：顧瑀鳴
審校：黃薇
引進來源：斯威本科技大學
引進鏈接：https://techxplore.com/news/2021-01-team-world-fastest-optical-neuromorphic.html
本文來自：環球科學


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