首枚光子神經(jīng)形態(tài)芯片問(wèn)世 運算速度快3個(gè)數量級 有望開(kāi)啟光子計算產(chǎn)業(yè)

    據《麻省理工技術(shù)評論》雜志網(wǎng)站近日報道，美國普林斯頓大學(xué)的科研團隊日前研制出全球首枚光子神經(jīng)形態(tài)芯片，并證明其能以超快速度計算。該芯片有望開(kāi)啟一個(gè)全新的光子計算產(chǎn)業(yè)。
    普林斯頓大學(xué)亞力山大.泰特團隊的新成果是利用光子解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )電路速度受限這一難題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )電路已在計算領(lǐng)域掀起風(fēng)暴?？茖W(xué)家希望制造出更強大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )電路，其關(guān)鍵在于制造出能像神經(jīng)元那樣工作的電路，或稱(chēng)神經(jīng)形態(tài)芯片，但此類(lèi)電路的主要問(wèn)題是要提高速度。光子計算是計算科學(xué)領(lǐng)域的“明日之星”。與電子相比，光子擁有更多帶寬，能快速處理更多數據。但光子數據處理系統制造成本較高，因此一直未被廣泛采用。
    團隊研制出的光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的核心是一種光學(xué)設備??其中的每個(gè)節點(diǎn)擁有神經(jīng)元一樣的響應特征。這些節點(diǎn)采用微型圓形波導的形式，被蝕刻進(jìn)一個(gè)光可在其中循環(huán)的硅基座內。當光被輸入，接著(zhù)會(huì )調節在閾值處工作的激光器的輸出，在此區域中，入射光的微小變化都會(huì )對該激光的輸出產(chǎn)生巨大影響。
    該光學(xué)設備的原理在于：系統中的每個(gè)節點(diǎn)都使用一定波長(cháng)的光，這一技術(shù)被稱(chēng)為波分復用。來(lái)自各個(gè)節點(diǎn)的光會(huì )被送入該激光器，而且激光輸出會(huì )被反饋回節點(diǎn)，創(chuàng )造出一個(gè)擁有非線(xiàn)性特征的反饋電路。關(guān)于這種非線(xiàn)性能模擬神經(jīng)行為的程度，研究表明其輸出在數學(xué)上等效于一種被稱(chēng)為“連續時(shí)間遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（CTRNN）”的設備，這說(shuō)明CTRNN的編程工具可以應用于更大的硅光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。
    泰特團隊用一個(gè)擁有49個(gè)節點(diǎn)的硅光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )來(lái)模擬某種微分方程的數學(xué)問(wèn)題，并將其與普通的中央處理單元進(jìn)行比較。結果表明，在此項任務(wù)中，光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的速度提升了3個(gè)數量級。
    研究人員表示，這將開(kāi)啟一個(gè)全新的光子計算產(chǎn)業(yè)。泰特說(shuō)：“硅光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )成為更龐大的、可擴展信息處理的硅光子系統家族的‘排頭兵’”。