Повністю аналоговий високошвидкісний чіп для комп’ютерного зору? Чому б ні

Комп’ютерне бачення має широке застосування, включаючи автономне водіння, робототехніку, медичну діагностику та носимі пристрої.Ці завдання принципово обмежені споживанням енергії та швидкістю обчислення традиційних цифрових обчислювальних пристроїв.

Останнім часом фотонні обчислення стали одним із найбільш перспективних підходів до вирішення цих проблем.

Колектив науковців, до якого входили Ітун Чень (Yitong Chen), Маімаіті Нажамаіті (Maimaiti Nazhamaiti), Хан Сюй (Han Xu) та інші, запропонували  повністю аналогову мікросхему, що поєднує електронні та світлові  обчислення під назвою ACCEL (All-analog Chip Combining Electronic and Light computing), для енергоефективних і надшвидкісних завдань комп’ютерного зору з конкурентоспроможною продуктивністю та масштабованістю. Замість того, щоб звертатися до цифрових пристроїв для вирішення обмежень оптичних обчислень, ACCEL поєднує дифракційні оптичні аналогові обчислення (OAC) і електронні аналогові обчислення (EAC) з масштабованістю, нелінійністю та гнучкістю в одному чіпі.

Оскільки цифрові пристрої залишаються основним напрямком, завдання зору зазвичай вимагають перетворення оптичних сигналів навіть після оптичних обчислень у цифрові сигнали за допомогою великомасштабних фотодіодів і енергоємних АЦП для необхідної постобробки. В іншому випадку потрібна складна реалізація точної оптичної нелінійності та пам’яті, як правило, ціною затримки та енергоспоживання на системному рівні. Вчені розробили оптико-електронну гібридну архітектуру повністю аналоговим способом, щоб зменшити масивні АЦП для високошвидкісних і енергоефективних завдань зору з конкурентоспроможною продуктивністю. Освітлюючи цілі когерентним або некогерентним світлом, ми кодуємо інформацію у світлові поля. Завдяки загальній системі візуалізації ACCEL розміщується на площині зображення для безпосередньої обробки зображень, наприклад класифікації. Перша частина ACCEL, яка взаємодіє зі світловим полем, є багатошаровий дифракційний оптичний обчислювальний модуль OAC для отримання особливостей зображень високої роздільної здатності на швидкості світла, зменшуючи потребу в оптоелектронному перетворенні за рахунок зменшення розмірів повністю оптично. Фазові маски в OAC навчені обробляти дані, закодовані в світлових полях, за допомогою операцій скалярного добутку та дифракції світла, еквівалентних лінійним множенням матриці складного світлового поля.

Для OAC були інтегровані дифракційні оптичні обчислення безпосередньо перед EAC із певною відстанню для проведення виділення ознак як оптичного кодера.

Ще однією перевагою ACCEL є шумостійкість. Для практичних застосувань у задачах високошвидкісного зору надшвидка обробка зазвичай призводить до короткого часу експозиції. Це призводить до надзвичайно низького SNR через ударні шуми, шуми зчитування та електронні теплові шуми, які можуть стати вузьким місцем для фактичної швидкості обробки. ACCEL має суттєві переваги в стійкості до шуму завдяки створенню латентного простору функцій для конвергенції світла разом у локальних регіонах і зменшених АЦП для зниження шумів зчитування при розгляді шумів під час навчання.

ACCEL можна використовувати в широкому спектрі додатків, таких як переносні пристрої, автономне водіння та інспекції промисловості.                       

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI