Кремниево-фотонный чип: новое слово в технологии искусственного интеллекта

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Оффтопик

Свет — самый быстрый известный способ передачи информации. Он позволяет нам видеть окружающий мир, общаться на расстоянии, изучать космос и многое другое. Но можно ли использовать свет не только для передачи, но и для обработки данных? Оказывается, что да. Уже давно существуют так называемые оптические компьютеры, которые используют световые лучи вместо электрических сигналов для выполнения математических операций. Однако эти компьютеры имеют ряд недостатков, таких как большие размеры, высокая стоимость и сложность интеграции с современными кремниевыми чипами.

Вот здесь на сцену выходят кремниево-фотонные чипы, которые объединяют в себе лучшее из двух миров: свет и кремний. Кремний — это дешевый и распространенный элемент, который лежит в основе всех современных компьютерных чипов. Он имеет хорошие электрические и оптические свойства, что позволяет создавать на его основе различные устройства, такие как лазеры, диоды, модуляторы, детекторы и т. д. Кремниево-фотонные чипы используют эти устройства для манипулирования светом на наномасштабе, создавая сложные оптические схемы, которые могут выполнять различные функции.

Автор: Designer

Одна из таких функций — векторно-матричное умножение, которое является ключевой операцией в обучении и функционировании нейронных сетей. Нейронные сети — это компьютерные модели, которые имитируют работу мозга и способны обучаться на больших объемах данных, распознавая закономерности, классифицируя объекты, генерируя изображения и т. д. Нейронные сети состоят из множества слоев, каждый из которых содержит множество нейронов, которые обрабатывают входящие сигналы и передают их дальше. Векторно-матричное умножение — это способ вычисления выходных сигналов на основе входных сигналов и весов, которые определяют силу связи между нейронами.

Кремниево-фотонный чип, разработанный инженерами из Университета Пенсильвании, способен выполнять векторно-матричное умножение с помощью света, используя принцип, который называется метаматериалом. Метаматериал — это искусственно созданный материал, который имеет необычные свойства, которые не встречаются в природе. В данном случае, метаматериал состоит из кремниевой пластины, на которой созданы наноструктуры разной высоты. Эти наноструктуры влияют на распространение света через пластину, рассеивая его в определенных направлениях. Таким образом, световые волны, проходящие через пластину, кодируют в себе информацию о входных и выходных векторах, а также о матрице весов. Вычисление происходит за счет интерференции световых волн, которая зависит от их фазы и амплитуды.

Преимущества такого подхода очевидны: во-первых, скорость обработки данных ограничена только скоростью света, которая намного выше, чем скорость электрических сигналов. Во-вторых, энергопотребление такого чипа намного меньше, чем у традиционных чипов, поскольку свет не теряет энергию при прохождении через кремний, в отличие от электричества, которое испытывает сопротивление и нагрев. В-третьих, такой чип имеет высокую степень защиты от взлома, поскольку не хранит никакой информации в памяти, а выполняет все вычисления параллельно и одновременно.

Конечно, у такого чипа есть и свои недостатки и сложности. Например, он требует точной калибровки и выравнивания оптических элементов, а также согласования с другими чипами и устройствами. Кроме того, он пока не может выполнять другие типы операций, кроме векторно-матричного умножения, и не может работать с другими типами данных, кроме чисел. Однако эти проблемы могут быть решены в будущем с помощью дальнейших исследований и разработок.

Инженеры из Университета Пенсильвании уже доказали работоспособность своего чипа, выполнив на нем обучение и классификацию нейронной сети на наборе данных MNIST, который содержит изображения рукописных цифр. Они также показали, что их чип может быть легко интегрирован с существующими графическими процессорами (GPU), которые широко используются для обучения искусственного интеллекта. Таким образом, они открыли дверь к новому поколению компьютеров, которые будут быстрее, эффективнее и безопаснее, чем сегодняшние.

2 комментария

Dixi01
«скоростью света, которая намного выше, чем скорость электрических сигналов»
можно точнее? много это сколько?
117744940183352844996@google
«Имитируют работу мозга …» не имитируют. Нейрон в нейронных сетях — математическая абстракция.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как законы физики мешали искать жизнь в космосе — и как новый телескоп NASA планирует их обойти

В тридцатых годах NASA планирует запустить новый флагманский космический телескоп — Habitable Worlds Observatory (HWO). Его главная научная задача заключается в поиске и изучении не...

Копать, чтобы выжить: как сицилийский иммигрант 40 лет строил подземные сады в пустыне

Человеческая мечта — вещь недолговечная и хрупкая, стоит позабыть на годик-другой, и растворится, как дымка тумана в обеденный зной. Но иногда мечта заставляет человека совершать...

Почему на Аляске больше самолётов малой авиации, чем во всей России

Аляска — американский штат с населением менее миллиона человек. В то же время она является уникальным примером того, как авиация стала основным средством передвижения в обширном и...

Когда размер не портит вкус: 7 крупных сортов земляники, прижившихся в России

С крупной клубникой (той самой, которую в научных трудах упрямо величают садовой земляникой) вечно одна и та же беда. Законы физики ведь не обманешь. Всё упирается в чистую воду, а...

Зачем под капот Газели раньше вставляли пластиковую бутылку

В начале 90-х годов, когда российский автопром переживал не лучшие времена, на свет появился ГАЗ-3302, более известный как «Газель». Эта модель стала символом отечественного малого бизнеса и...

Лучшие смартфоны 2026 года по версии TechSpot: от «бюджетников» до флагманов

Портал TechSpot поделился своим списком лучших смартфонов 2026 года. Журналисты считают, что даже в нынешних кризисных условиях осталось немало моделей с хорошими характеристиками и приемлемой ценой