Chip Prosesor Berbasis Cahaya Canggih dalam Mesin Canggih

Representasi skematis dari prosesor perkalian matriks yang bergerak ke cahaya. Bersama dengan sisir frekuensi optik, matriks traversal pandu gelombang memungkinkan pemrosesan data yang sangat paralel. Kredit: Partridge WWU / AG

Tim peneliti internasional menggunakan jaringan fotonik untuk pengenalan model.

Di era digital, lalu lintas data tumbuh dengan kecepatan eksponensial. Kebutuhan daya komputasi untuk aplikasi kecerdasan buatan seperti pemodelan dan pengenalan suara pada khususnya, atau untuk kendaraan yang mengemudi sendiri, seringkali melebihi kemampuan prosesor komputer konvensional. Bekerja dengan tim internasional, para peneliti di Universitas Münster mengembangkan pendekatan baru dan arsitektur proses yang dapat menangani tugas-tugas ini dengan sangat efektif. Sekarang mereka telah menunjukkan bahwa apa yang disebut prosesor fotonik, yang datanya diproses oleh cahaya, dapat memproses informasi lebih cepat dan secara paralel – sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh chip elektronik. Hasilnya dipublikasikan di jurnal Alam.

Latar belakang dan metodologi

Prosesor berbasis cahaya untuk mempercepat tugas di bidang pembelajaran mesin memungkinkan Anda mentransfer tugas matematika kompleks dengan kecepatan sangat tinggi (10¹⁵² -10¹⁵ operasi per detik). Chip konvensional seperti kartu grafis atau perangkat keras khusus seperti TPU Google (Unit Transformasi Tensor) didasarkan pada transfer data elektronik dan jauh lebih lambat. Tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Wolfram Pernice dari Institut Fisika dan Pusat Nanosains Lunak di Universitas Münster telah menerapkan akselerator perangkat keras untuk apa yang disebut perkalian matriks, yang mewakili beban transformasi utama dalam komputasi. jaringan saraf. Jaringan saraf adalah rangkaian algoritme yang mensimulasikan otak manusia. Ini berguna, misalnya untuk mengklasifikasikan objek menjadi gambar dan untuk pengenalan suara.

Para peneliti telah menggabungkan struktur fotonik dengan material pemindah fase (PCM) sebagai elemen konservasi hemat energi. PCM umumnya digunakan dengan cakram DVD atau BluRay dalam penyimpanan data optik. Dalam prosesor baru, ini memungkinkan untuk menyimpan dan memelihara elemen matriks tanpa memerlukan catu daya. Untuk melakukan perkalian matriks pada beberapa kelompok data secara paralel, fisikawan Münster menggunakan kombo frekuensi berbasis chip sebagai sumber cahaya. Sebuah sisir frekuensi menyediakan berbagai panjang gelombang optik yang diperlakukan secara independen satu sama lain pada chip foton yang sama. Akibatnya, ini memungkinkan pemrosesan data yang sangat paralel dengan menghitung semua panjang gelombang secara bersamaan – juga dikenal sebagai multiplexing panjang gelombang. “Studi kami adalah yang pertama menerapkan sisir frekuensi di bidang jaringan saraf tiruan,” kata Wolfram Pernice.

Dalam percobaan, fisikawan menggunakan apa yang disebut jaringan saraf konvolusional untuk mengenali bilangan tulisan tangan. Jaringan ini adalah konsep di bidang pembelajaran mesin yang terinspirasi oleh proses biologis. Mereka terutama digunakan dalam pemrosesan data gambar atau audio, karena saat ini mencapai akurasi klasifikasi tertinggi. “Operasi berbelit-belit antara data masukan dan satu atau beberapa filter – yang dapat menjadi sorotan tepi dalam foto, misalnya – dapat ditransfer dengan sangat baik ke arsitektur matriks kami,” jelas Johannes Feldmann, penulis utama studi. “Eksploitasi cahaya untuk transfer sinyal memungkinkan prosesor untuk melakukan transformasi data paralel melalui multiplexing panjang gelombang, yang mengarah ke kepadatan komputasi yang lebih tinggi dan multiplikasi matriks dilakukan dalam satu Berbeda dengan elektronik tradisional, yang biasanya beroperasi pada rentang GHz rendah, kecepatan modulasi optik dapat dicapai dengan kecepatan hingga kisaran 50 hingga 100 GHz. ”Ini berarti bahwa proses tersebut memungkinkan kecepatan data dan kepadatan komputer, yaitu operasi per area prosesor, tidak pernah diperoleh sebelumnya.

Hasilnya memiliki berbagai aplikasi. Di bidang kecerdasan buatan, misalnya, lebih banyak data dapat diproses secara bersamaan untuk menghemat energi. Penggunaan jaringan neural yang lebih besar memungkinkan prediksi yang lebih akurat, dan sampai sekarang tidak dapat diakses, dan analisis data yang lebih akurat. Misalnya, prosesor fotonik mendukung evaluasi data dalam jumlah besar dalam diagnostik medis, misalnya dalam data 3D resolusi tinggi yang dihasilkan dalam metode pencitraan khusus. Aplikasi tambahan ada di bidang kendaraan tanpa pengemudi, yang bergantung pada evaluasi cepat dan cepat dari data sensor, dan infrastruktur TI seperti komputasi awan yang menyediakan ruang memori, daya komputasi atau perangkat lunak d aplikasi.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang penelitian ini, baca AI Didorong oleh Prosesor Paralel Konvolusional Berbasis Cahaya.

Referensi: “Perlakuan konvolusional paralel dengan inti tensor fotonik terintegrasi” oleh J. Feldmann, N. Youngblood, M. Karpov, H. Gehring, X. Li, M. Stappers, M. Le Gallo, X. Fu, A. Lukashchuk , AS Raja, J. Liu, CD Wright, A. Sebastian, TJ Kippenberg, WHP Pernice dan H. Bhaskaran, 6 Januari 2021, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-03070-1

Mitra peneliti: Selain peneliti dari Universitas Münster, ilmuwan di Universitas Oxford dan Exeter di Inggris, Universitas Pittsburgh, AS, École Polytechnique Fédérale (EPFL) di Lausanne, Swiss, dan Laboratorium penelitian IBM di Zurich juga berpartisipasi dalam pekerjaan ini.

Pendanaan: Studi ini menerima dukungan keuangan dari proyek Uni Eropa “FunComp” dan Dewan Riset Eropa (ERC Grant “PINQS”).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.