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近日，美國賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員宣布成功開發(fā)出一種強(qiáng)大的新型光學(xué)芯片，這種芯片每秒可以處理近20億張圖像，為下一代深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供了更快、更節(jié)能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
據(jù)介紹，這種芯片由一個(gè)集成的端到端光子深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PDNN)組成，不需要像內(nèi)存這樣會(huì)降低傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片速度的組件。其神奇之處就在于，它處理的不是電信號(hào)，而是光的形式的信息。它使用光纖或“波導(dǎo)”作為神經(jīng)元，這些光導(dǎo)線堆疊在多個(gè)層中，每個(gè)層專注于特定類型的分類。
在測試中，該團(tuán)隊(duì)制作了一塊表面積為0.01平方英寸(9.3平方毫米)的芯片，并用它來分類一組看起來像字母的手寫字符。經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練，該芯片對(duì)包含兩種字符的圖像集進(jìn)行分類的準(zhǔn)確率達(dá)到93.8%，對(duì)包含四種字符的圖像集進(jìn)行分類的準(zhǔn)確率達(dá)到89.8%。
最令人印象深刻的是，該芯片能夠在0.57納秒內(nèi)對(duì)每個(gè)字符進(jìn)行分類，每秒處理17.5億張圖像。該團(tuán)隊(duì)表示，這一速度優(yōu)勢源于芯片將信息換成光來處理的能力，它也因此比現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)芯片多出了幾個(gè)優(yōu)勢?？偨Y(jié)來看，這種芯片消除了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片中的4個(gè)主要耗時(shí)障礙：光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制格式、大存儲(chǔ)模塊以及基于時(shí)鐘的計(jì)算。
首先，這種芯片依賴“傳播計(jì)算”(computation-by-propagation)來處理信息，這意味著與基于時(shí)鐘的系統(tǒng)不同，它的計(jì)算發(fā)生在光通過芯片傳播的時(shí)候。其次，這一操作還跳過了將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的步驟，因?yàn)槠湫酒梢灾苯幼x取和處理光信號(hào)，這兩方面的變化帶來了一種大幅加速信息處理的技術(shù)。
另外，它還具有的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，處理中的信息不再需要存儲(chǔ)，也就說不需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到內(nèi)存和空間，也不需要內(nèi)存組件了。因此，它同時(shí)節(jié)省了時(shí)間和空間，并且會(huì)更安全，可以防止任何可能的數(shù)據(jù)泄露。
研究人員還指出，它可以做的不僅僅是分類圖像。該團(tuán)隊(duì)表示，他們計(jì)劃下一步發(fā)力擴(kuò)大芯片量產(chǎn)的規(guī)模，并調(diào)整技術(shù)細(xì)節(jié)與參數(shù)以處理其他類型的數(shù)據(jù)。他們目前已經(jīng)了解如何將眾多數(shù)據(jù)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，比如轉(zhuǎn)換為電子類型(比如圖像、音頻、語音)、光學(xué)類型等等，并且保持高速的處理性能。
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