Обычно фотонные системы выполняют с помощью света только линейные вычисления, а для нелинейных операций, необходимых для обучения нейросетей, требуется преобразования сигнала обратно в электронный. Это преобразование увеличивает время задержки и снижает скоростные и энергетические преимущества фотоники. Специалисты из Сианьского университета устранили это препятствие, пишет IE.

Новая платформа выполняет как линейные, так и нелинейные нейронные вычисления непосредственно в оптическом домене. Она состоит из двух взаимодействующих чипов: 16-канального фотонного нейроморфного процессора с 272 настраиваемыми параметрами и лазерной решетки с насыщающимся поглотителем для генерации нелинейных оптических спайков с низким порогом.

Исследователи продемонстрировали работу системы на задачах обучения с подкреплением. Нейронная модель сначала обучалась в программном обеспечении, затем чипы выполняли аппаратное обучение и исполнение, после чего результаты уточнялись в программе для компенсации небольших аппаратных вариаций. Точность аппаратных решений отличалась от программной модели всего на 1,5-2%.

Система показала впечатляющую производительность: линейная фотонная обработка достигла 1,39 тераопераций в секунду на ватт, нелинейная — почти 988 гигаопераций в секунду на ватт, при задержке вычислений на чипе всего 320 пикосекунд.

Разработка может пригодиться в областях, требующих быстрого обучения и низкого энергопотребления. Успешное развитие этой технологии может предложить альтернативу электронным процессорам в будущих интеллектуальных машинах, включая адаптивные роботизированные системы и автономный транспорт.

В перспективе команда планирует разработать 128-канальный фотонный спайковый нейрочип для более сложных задач обучения с подкреплением, а также создать компактные гибридные фотонные системы для граничных вычислений.

В прошлом году ученые из США опровергли давнее правило в оптике «одно устройство — одна функция», которое ограничивало возможности разработки и масштабирования световых технологий. Они создали первый в мире программируемый нелинейный фотонный волновод — устройство на одном чипе, способное переключаться между несколькими оптическими функциями.