Світло замість електроніки. Нові фотонні чіпи дозволяють роботам вчитися без затримок

Про це пише видання Interesting Engineering.

Чіпи працюють на базі фотонної «спайкінгової» нейронної системи, яка імітує роботу біологічних нейронів за допомогою коротких імпульсів світла. Раніше фотонні системи могли обробляти лише прості лінійні обчислення, а складні кроки навчання вимагали електроніки, що сповільнювало роботу. Новий підхід залишає всі операції в оптичній сфері, що значно підвищує швидкість і енергоефективність.

Читайте также: Комашиний апокаліпсис. Чому ми не помічаємо вимирання 90% видів комах та павуків

Для демонстрації концепції вчені створили програмовану платформу з двох чіпів. Один містить 16-канальний фотонний нейроморфний процесор із 272 налаштовуваними параметрами, який обробляє кілька оптичних сигналів одночасно. Другий чіп має масив лазерів із насичуваним поглиначем, що забезпечує нелінійні оптичні імпульси з низьким порогом.

Команда протестувала систему на навчанні з підкріпленням, коли штучна мережа вчиться методом проб і помилок.

«Система швидко навчалася, показуючи потенціал для швидких рішень із низькою затримкою, наприклад у автономному водінні чи роботах із „втіленим інтелектом“», — пояснив Шуйінг Сян, керівник дослідження з Xidian University 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.

Читайте также: Штучне биття. 3D-друкована модель серця допомагає хірургам тренуватися без ризику для пацієнтів

Система показала потужність до 1,39 тераоперацій на секунду на ват для лінійних обчислень і майже 988 гігаоперацій на ват для нелінійних, а затримка на чіпі становила лише 320 пікоcекунд.

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.