Самый быстрый в мире оптический нейроморфный процессор

11 февраля 2021 г., 11:05

Международная группа исследователей под руководством Технологического университета Суинберна продемонстрировала самый быстрый и самый мощный в мире оптический нейроморфный процессор для искусственного интеллекта (ИИ), который работает со скоростью более 10 триллионов операций в секунду (TeraOPs/s) и способен обрабатывать крупномасштабные данные.

Этот прорыв, опубликованный в журнале Nature, представляет собой огромный скачок вперед в области нейронных сетей и нейроморфной обработки в целом.

Искусственные нейронные сети, ключевая форма ИИ, могут «учиться» и выполнять сложные операции с широкими приложениями для компьютерного зрения, обработки естественного языка, распознавания лиц, перевода речи, игры в стратегические игры, медицинской диагностики и многих других областей. Заимствуя биологическую структуру системы зрительной коры головного мозга, искусственные нейронные сети извлекают ключевые особенности необработанных данных для предсказания свойств и поведения с беспрецедентной точностью и простотой.

Во главе с проф. Суинберна Дэвидом Моссом (David Moss), д-ром Синюанем (Майк) Сюй (Xingyuan (Mike) Xu) (Суинберн, Университет Монаша) и проф. Арнаном Митчеллом (Arnan Mitchell) из Университета RMIT команда достигла исключительных результатов в оптических нейронных сетях, резко увеличила скорость вычислений и вычислительную мощность.

Команда продемонстрировала оптический нейроморфный процессор, работающий более чем в 1000 раз быстрее, чем любой предыдущий процессор, при этом система также обрабатывает сверхбольшие изображения рекордного размера, достаточного, чтобы добиться полного распознавания изображений лица, чего не смогли сделать другие оптические процессоры.

«Этот прорыв был достигнут с помощью« оптических микрогребней», - говорит проф. Мосс, директор Центра оптических наук Суинберна.

Современные электронные процессоры, такие как Google TPU, могут работать со скоростью более 100 тераопераций в секунду. Это достигается с помощью десятков тысяч параллельных процессоров. В отличие от этого, оптическая система, продемонстрированная командой, использует один процессор и была создана с использованием новой техники одновременного чередования данных по времени, длине волны и пространственным измерениям через интегрированный источник микрогребенок.

Микрогребенки - это относительно новые устройства, которые действуют как радуга, состоящие из сотен высококачественных инфракрасных лазеров на одном чипе. Они намного быстрее, меньше, легче и дешевле, чем любой другой оптический источник.

«За 10 лет с момента их изобретения, интегрированные микросхемы на основе микрогребней стали чрезвычайно важными, и мне действительно интересно видеть, как они обеспечивают эти огромные достижения в области передачи и обработки информации. Микрогребни открывают для нас огромные перспективы в достижении ненасытная потребность мира в информации», - говорит проф. Мосс.

«Этот процессор может служить универсальным интерфейсом со сверхвысокой пропускной способностью для любого нейроморфного оборудования - оптического или электронного, - делая машинное обучение на основе массивных данных доступным в режиме реального времени, - отметил соавтор исследования д-р Сюй, выпускник Суинберна и научный сотрудник факультета инженерии электрических и компьютерных систем Университета Монаша.

Проф. Митчелл добавляет: «Эта технология применима ко всем формам обработки и связи - она окажет огромное влияние. В долгосрочной перспективе мы надеемся реализовать полностью интегрированные системы на кристалле, что значительно снизит затраты и потребление энергии».

«Сверточные нейронные сети сыграли центральную роль в революции ИИ, но существующие кремниевые технологии все чаще представляют собой узкое место в скорости обработки и энергоэффективности», - говорит ключевой сторонник исследовательской группы проф. Дэмиен Хикс (Damien Hicks) из Суинберна и Института Уолтера и Элизабет Холл.

Он добавляет: «Этот прорыв показывает, как новая оптическая технология делает такие сети более быстрыми и эффективными, и является убедительной демонстрацией преимуществ междисциплинарного мышления, наличия вдохновения и смелости, чтобы взять идею из одной области и использовать ее для решения фундаментальной проблемы в другой».

Самый быстрый в мире оптический нейроморфный процессор