Heloptiska spikande neuronala kretsar. a, b, Schematisk över nätverket som realiserats i denna studie, bestående av flera pre-synaptiska ingångsneuroner och ett postsynaptiskt utmatningsneuron anslutet via PCM-synapser. Ingångspikarna viktas med PCM -celler och summeras med en WDM -multiplexer (MUX). Om de postsynaptiska piggarnas integrerade kraft överstiger ett visst tröskelvärde, PCM -cellen på ringresonatoromkopplarna och en utgångspuls (neuronal spik) genereras. c, Fotoniskt kretsschema över en integrerad optisk neuron med symbolblock som visas i insatsen (uppe till höger). Flera av dessa block kan anslutas till större nätverk med hjälp av våglängdsingångar och -utgångar. d, Optisk mikroskop av tre tillverkade neuroner (B5, D1 och D2), visar fyra ingångar. De fyra små ringresonatorerna till vänster används för att koppla ljus med olika våglängder från ingångarna till en enda vågledare, som sedan leder till PCM -cellen vid övergångspunkten med den stora ringen. De triangulära strukturerna på botten är gitterkopplingar som används för att koppla ljus till och från chipet. Kreditera: Natur (2019). DOI:10.1038/s41586-019-1157-8
Ett team av forskare från universitetet i Münster, University of Oxford och University of Exeter har byggt ett helt optiskt neuralt nätverk på ett enda chip. I deras tidning publicerad i tidningen Natur, gruppen beskriver deras chip, som inte har någon optisk-till-elektronisk konvertering, och hur bra det fungerade. Geoffrey Burr med IBM Research - Almaden har publicerat en artikel om News and Views som diskuterar teamets arbete i samma journalnummer.
Moderna datorer körs på el - den driver enheter och fungerar som lagrings- och datamedium. Men i flera decennier har forskare har undrat om det kan vara möjligt att använda ljus som datamedium - knäckande fotoner istället för elektroner. Ingenjörer har många hinder för att försöka skapa en sådan enhet, dock, mest framträdande är flaskhalsarna som uppstår vid konvertering mellan optiska och elektriska system. På senare tid har det har funnits ett förnyat intresse för att bygga en optiskt baserad dator – men nu, fokus är energibesparing. Stora moderna datorer som används för tunga applikationer kräver mycket el. Logik tyder på att datorer baserade på ljus bör vara mindre energikrävande, särskilt för att de inte skulle generera så mycket värme, gör kylsystem föråldrade. I denna nya insats, forskarna har tagit ett steg mot skapandet av optiskt baserade datorer genom att bygga ett helt optiskt neuralt nätverk på ett enda chip.
Forskarna noterade att en typ av datasystem verkade mest mottaglig för optik - djupa neurala nätverk. Detta beror på att sådana nätverk förlitar sig på artificiella neuroner med synaptiska kopplingar som kan viktas baserat på tidigare inlärningserfarenheter. De noterade också att kristallina fasförändringsmaterial också kan tjäna ett sådant syfte. De är material som upplever en förändring i struktur när de värms upp - i det här fallet, med en laser. Att använda ett sådant material, teamet byggde ett chip med fyra neuroner kopplade till 60 synapser med hjälp av vågledare för att kontrollera flödet av information som representeras av ljus. Testning visade att chipet kunde lära sig, känna igen mönster och utföra beräkningar.
© 2019 Science X Network
