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2017-06-15 09:54 |
新光學(xué)芯片可實現(xiàn)高效“深度學(xué)習(xí)”
基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“深度學(xué)習(xí)”計算機系統(tǒng)，能夠模仿大腦從積累的例子中學(xué)習(xí)的方式，已經(jīng)成為計算機科學(xué)的熱門話題。除了技術(shù)，如人臉和語音識別軟件可以使用，這些系統(tǒng)可以讀取大量的醫(yī)療數(shù)據(jù)從而發(fā)現(xiàn)模式可用于醫(yī)療診斷，或創(chuàng)造出新藥物的化學(xué)公式。 mP(kcMT "
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但是，這些系統(tǒng)必須執(zhí)行的計算是非常復(fù)雜和苛刻的，即使是最強大的計算機運行起來也會很吃力。 :F?x)"WoQ+
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如今，麻省理工學(xué)院和其他地方的一個研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法，利用光而不是電，他們說這可以大大提高某些深層計算的速度和效率。他們的研究結(jié)果發(fā)表在近期的《自然光子》雜志上，由麻省理工大學(xué)的Yichen Shen，研究生Nicholas Harris，教授Marin Soljacic和Dirk Englund等八人共同完成。 aceZ3U>W
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Soljacic說，多年來，許多學(xué)者對光學(xué)計算機抱有期待，但這些人們的期待大大超過了實際情況，并最后反戈一擊，雖然是這些人提出了許多這樣的光子計算機模型，但最后宣稱這些無法實用，而這個研究團隊開發(fā)的這種基于光的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可用于一些深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用程序。。 tM#lFmdd\P
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當(dāng)涉及到某些重要的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)時，傳統(tǒng)的計算機體系結(jié)構(gòu)并不是很有效。這樣的任務(wù)通常涉及重復(fù)的矩陣乘法運算，在傳統(tǒng)的CPU或GPU芯片中計算將會量非常大。 $ F S_E
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經(jīng)過多年的研究，麻省理工學(xué)院的研究小組想出了一種用光學(xué)方法來執(zhí)行這些操作的方法�！斑@種芯片，一旦你進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以進行矩陣乘法，在原則上，可以實現(xiàn)零能耗且?guī)缀跏撬查g完成，”Soljacic說�！拔覀円呀�(jīng)演示了關(guān)鍵的構(gòu)建塊，但還沒有構(gòu)建出完整的系統(tǒng)�！� M+!x}$ &v
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用類推的方式，Soljacic指出，即使是一個普通的鏡片進行復(fù)雜的計算（所謂的傅里葉變換）讓光波通過它。在新的光子芯片中，光束進行計算的方法更為普遍，但也有類似的基本原理。新的方法使用多個光束，以這樣的方式，它們的波相互作用，產(chǎn)生干涉模式，以傳送預(yù)期操作的結(jié)果。由此產(chǎn)生的設(shè)備是一些研究人員稱之為納米光子處理器的可編程操作。 b,IocD6v;P
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其結(jié)果是，使用這種體系結(jié)構(gòu)的光學(xué)芯片原則上可以在典型的人工智能算法中進行計算，而且運算速度比傳統(tǒng)的電子芯片要快，且能耗要少一千分之一。他說，使用光做矩陣乘法的自然優(yōu)勢在速度快并且節(jié)省能源，因為稠密矩陣乘法是人工智能算法中最耗電和最耗時的部分。 S{K0.<,E
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新的可編程納米光子處理器，這是在英格倫實驗室由Harris和同事開發(fā)的，采用波導(dǎo)陣列，在某種程度上，可以根據(jù)需要修改關(guān)聯(lián)數(shù)組、編程，并進行具體計算梁的設(shè)置�！澳憧梢栽谌魏尉仃囘\算中編程，”Harris說。處理器通過一系列耦合的光子波導(dǎo)引導(dǎo)光。該小組的完整的提議是是實現(xiàn)交錯層的設(shè)備，應(yīng)用一種稱為非線性激活功能進行操作，類似于大腦神經(jīng)元的運作。 Vj!rT
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為了說明這個概念，團隊設(shè)定可編程納米光子處理器來實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別的四個基本元音。即使采用這種基本系統(tǒng)，它們能達到77%的精度水平，而常規(guī)系統(tǒng)的精確度為90%左右。拿這種設(shè)備實現(xiàn)系統(tǒng)性的擴大或者提高精度“并沒有實質(zhì)性的障礙”，Soljacic說。 28OW NS
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Englund說，可編程納米光子處理器可以有其他的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)傳輸和信號處理�！案咚倌M信號處理是一種能比其他方法更快地將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的方法，因為光是一種固有的模擬介質(zhì)。這種方法可以直接在模擬域中進行處理，”他說。 5ZY)nelc
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該小組說，它仍然需要更多的精力和時間來使這個系統(tǒng)變得有用；然而，一旦系統(tǒng)被放大并充分發(fā)揮作用，它將可以找到許多用戶案例，如數(shù)據(jù)中心或安全系統(tǒng)。Harris說，這個系統(tǒng)也可以為自動駕駛汽車或無人駕駛飛機帶來好處，或者“無論何時你需要做大量的計算，但你沒有足夠的動力和時間”時。 Krs2Gre}
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原文來源：https://phys.org/news/2017-06-optical-deep.html
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