Оптический чип, подобный мозгу, обрабатывает почти 2 миллиарда изображений в секунду
Исследователи из Пенсильванского университета разработали новый мощный оптический чип, способный обрабатывать почти 2 миллиарда изображений в секунду. Устройство состоит из нейронной сети, которая обрабатывает информацию как свет, не нуждаясь в компонентах, замедляющих работу традиционных компьютерных микросхем, таких как память.
В основе нового чипа лежит нейронная сеть — система, моделирующая то, как мозг обрабатывает информацию. Такие сети состоят из узлов, которые соединяются между собой подобно нейронам, и они даже «обучаются» подобно органическому мозгу, обучаясь на наборах данных, таких как распознавание объектов на изображениях или слов в речи. Со временем они намного лучше справляются с этими задачами.
Но вместо электрических сигналов новый чип обрабатывает информацию в виде света. В качестве нейронов он использует оптические провода, сложенные в несколько слоев, каждый из которых специализируется на определенном типе классификации.
В ходе испытаний команда изготовила чип размером 9,3 мм2 и применила его для классификации ряда рукописных символов, напоминающих буквы.
После обучения на соответствующих наборах данных чип смог классифицировать изображения с точностью 93,8% для наборов, содержащих два типа символов, и точностью 89,8% для четырех типов.
Самое впечатляющее, что чип смог классифицировать каждый символ за 0,57 наносекунды, что позволило ему обрабатывать 1,75 миллиарда изображений в секунду.
Команда ученых говорит, что эта скорость обусловлена способностью чипа обрабатывать информацию как свет, что дает ему несколько преимуществ по сравнению с существующими компьютерными чипами.
«Наш чип обрабатывает информацию с помощью так называемого «вычисления путем распространения. Это означает, что, в отличие от систем, основанных на тактовых импульсах, вычисления происходят по мере прохождения света через чип», — сказал Фируз Афлатуни, ведущий автор исследования.
«Мы также пропускаем шаг преобразования оптических сигналов в электрические, потому что наш чип может напрямую считывать и обрабатывать оптические сигналы, и оба эти изменения делают наш чип значительно более быстрой технологией».
Еще одно преимущество заключается в том, что обрабатываемую информацию не нужно хранить, и это также экономит время, поскольку не нужно отправлять данные в память, поскольку вообще не требуется компонент для памяти.
Ученые говорят, что отказ от хранения данных также более безопасен, поскольку предотвращает любые возможные утечки.
Следующими шагами команды исследователей станут масштабирование чипа и адаптация технологии для обработки других типов данных.
«Что действительно интересно в этой технологии, так это то, что она может делать гораздо больше, чем просто классифицировать изображения», — сказал Афлатуни.
«Мы уже знаем, как преобразовывать многие типы данных в электрическую область — изображения, аудио, речь и многие другие типы данных. Теперь мы можем преобразовывать различные типы данных в оптическую область и обрабатывать их почти мгновенно с помощью этой технологии».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.