Yeni çip: Optik sinir ağının başarılı gösterimi!
Kılavuz
Son zamanlarda, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden (NIST) araştırmacılar, ışık yayan sinyalleri minyatür bir beyin benzeri ağ aracılığıyla doğru bir şekilde ayırabilen ve yeni bir sinir ağı tasarımı türü olması beklenen bir silikon çip üretti.
arka fon
İnsan beyni milyarlarca nörona (sinir hücreleri) sahiptir ve her nöron ile diğer nöronlar arasında binlerce bağlantı vardır. Birçok bilgisayar araştırma projesi, yapay sinir ağı devreleri oluşturarak insan beynini taklit etmeyi umuyor. Bununla birlikte, yarı iletken devrelerin telleri de dahil olmak üzere geleneksel elektronik cihazlar, genellikle yararlı sinir ağları için gereken son derece karmaşık kablolamayı karşılayamaz.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden (NIST) araştırmacılar, ışık yayan sinyalleri minyatür bir beyin benzeri ağ aracılığıyla doğru bir şekilde ayırabilen ve yeni bir sinir ağı tasarımı türü olması beklenen bir silikon çip üretti.
teknoloji
NIST ekibi, sinyal ortamı olarak elektrik akımı yerine ışık kullanılmasını önermektedir. Karmaşık problemleri çözmede sinir ağları, hızlı örüntü tanıma ve veri analizi dahil olmak üzere olağanüstü yetenekler göstermiştir. Işık kullanmak, elektrik yüklerinin neden olduğu paraziti ortadan kaldırabilir ve sinyal daha hızlı ve daha uzağa iletilebilir.
NIST fizikçisi Jeff Chiles, "Işık, karasal gezegenleri aramak ve kuantum bilgi bilimi gibi bilimsel veri analizi için kullanılabilen sinir ağlarının performansını iyileştirmeye yardımcı oluyor ve son derece sezgisel sürücüsüz araba kontrol sistemlerinin geliştirilmesini hızlandırıyor. . "
Geleneksel bilgisayarlar genellikle bilgileri algoritmalar veya yapay olarak kodlanmış kurallar aracılığıyla işler. Bunun tersine, sinir ağları, belirli uyarım modellerini tanımak için eğitilebilen işlem elemanları veya nöronlar arasındaki ağ bağlantılarına dayanır. Sinirsel veya yapay bir sinir bilgisayarı, çok sayıda karmaşık sinir ağı sisteminden oluşur.
Yeni bir makalede açıklandığı gibi, NIST tarafından tasarlanan yonga, iki kat fotonik dalga kılavuzunu dikey olarak istifleyerek optik sinyalleri kullanmanın temel zorluğunun üstesinden geliyor. Bu yapı, optik sinyalleri yönlendirmek için ışığı dar hatlara hapseder; bu, elektrik sinyallerini kablolar kullanarak yönlendirmeye büyük ölçüde benzer. Bu üç boyutlu tasarım, sinir sistemini taklit etmek için gerekli olan karmaşık bir yönlendirme mekanizması getiriyor. Ayrıca, daha karmaşık ağ gereksinimlerine göre, bu tasarım daha fazla dalga kılavuzu katmanını içerecek şekilde basitçe genişletilebilir.
Bu yığılmış dalga kılavuzları, 10 giriş veya "yukarı akış" nöronlu üç boyutlu bir ağ oluşturur ve her "yukarı akış" nöron, toplam 100 adet olmak üzere 10 çıkış veya "aşağı akış" nöronuna bağlanır. Alıcılar. Dalga kılavuzları silikon nitrürden yapılmıştır ve silikon levhalar üzerinde üretilmiştir.Her dalga kılavuzu 800 nanometre genişliğe ve 400 nanometre kalınlığa sahiptir. Araştırmacılar, otomatik olarak sinyal yönlendirmesi ve nöronlar arasında ayarlanabilir bağlantılar oluşturmak için yazılım tasarlar.
(Resim kaynağı: referans [2])
(Resim kaynağı: referans [2])
Lazer ışığı, optik fiber aracılığıyla çipe iletilir. Amaç, seçilen ışık yoğunluğuna veya güç dağıtım moduna göre her girişi çıkış grubuna yönlendirmektir. Güç seviyesi, devredeki bağlantı modunu ve derecesini temsil eder. Makalenin yazarı, çıktı yoğunluğu için iki kontrol mekanizması gösterdi: tek tip (her çıktı aynı gücü alır) ve "çan eğrisi" dağılımı (ortadaki nöronlar en fazla gücü alırken, dışarıdaki nöronlar daha az güç alır) .)
Sonuçları değerlendirmek için araştırmacılar çıkış sinyalinin görüntülerini yaptılar. Tüm sinyaller, mikro mercekler aracılığıyla yarı iletken sensöre odaklanır ve daha sonra bir görüntü çerçevesine işlenir. Bu yöntem, birçok cihazın yüksek çözünürlüklü koşullar altında aynı anda analiz edilmesini sağlar. Bu tür bir çıktı, düşük hata oranı ve doğru güç dağıtımı ile oldukça üniformdur.
(Resim kaynağı: referans [2])
(Resim kaynağı: referans [2])
değer
Chiles şunları söyledi: "Burada gerçekten iki şey yaptık. Daha fazla optik bağlantı sağlamak için 3D kullanmaya başladık ve ayrıca fotonik sistemdeki birçok cihazı hızla sınıflandıran yeni bir ölçüm teknolojisi geliştirdik. Büyük ölçekli fotonik sinir sistemine doğru genişlemeye başladığımızda, bu gelişmeler çok önemli. "
Anahtar kelime
Cipsler, optikler, sinir ağları
Referans
[1] https://www.nist.gov/news-events/news/2018/07/nist-chip-lights-optical-neural-network-demo
2 J. Chiles, SM Buckley, SW Nam, RP Mirin ve JM Shainline. 26 Temmuz 2018'de yayınlandı. Sinir ağları için 10x100 çok düzlemli entegre fotonik yönlendirme manifoldlarının tasarımı, üretimi ve metrolojisi. APL Photonics. Doi: 10.1063 / 1,5039641
