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  神经网络正席卷着计算世界。在它们的帮助下,研究人员得以推进机器学习的进程。面部识别、对象识别、自然语言处理、机器翻译……这些原本都是人类才有的技能,现在逐渐成为了机器的常规配置。

  由于神经网络能够推动人工智能的发展,这给了研究人员更大的动力来创建更强大的神经网络。而这项研究的关键是创建类似神经元(neurons)的电路,即神经形态芯片(neuromorphic chip)。那么,如何使电路的速度得到显著提升?

  现在,这一问题或许有了答案。据MIT报道,普林斯顿大学的Alexander Tait团队创建了全球首个光电子神经网络,并展示了其在计算上的超速度。

  一直以来,光学计算都被寄予厚望 。光子的带宽要比电子高,因此可以更快地处理大量数据。但是,由于光学处理系统的成本过高,并没有被广泛使用。而在进行模拟信号等任务时,这种超快速数据处理能力只有光子芯片才能提供。

  如今神经网络又给光子学提供了一个新的机会。“在硅光子平台的帮助下,光子神经网络的高速信息处理能力能够被用于无线电、控制计算等领域。”Alexander Tait表示。

  这个光子神经网络的核心是一种光学设备。它的每个节点都有神经元一样的响应特征。这些节点采用微型圆形波导的形式,被蚀刻进一个能容许光循环的硅基座内。一旦光被输入,它就会调制在阈值处工作的激光器的输出。在这个区域内,入射光的微小变化都会对激光的输出产生显著影响。

  系统中的每个节点都使用一定波长的光,这一技术被称为波分复用(wave division multiplexin)。来自各个节点的光会被送入激光器,而且激光输出会被反馈回节点,创造出一个拥有非线性特征的反馈电路。这种输出在数学上等效于一种被称为“连续时间递归神经网络(CTRNN)”的设备。

  Tait团队表示,该设备可以极大地扩展编程技术,应用于更大的硅光子神经网络。

  研究人员使用由 49 个光子节点组成的网络对神经网络进行模拟演示,以及光子神经网络如何被用于解决微分方程的数学问题。

  Tait将其与普通的CPU进行了对比。“在这项任务中,光子神经网络的有效硬件加速因子大约为1960×,”,Tait说,“这是一个3个数量级的速度。”

  研究人员表示,这项研究打开了一个全新的光子计算行业的大门。Tait表示:“硅光子神经网络可能会是首个进入可扩展信息处理的、更广泛类别的硅光子系统的领军者。”

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