Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee

Kiinalaisen Tsinghuan yliopiston tutkijat ovat osoittaneet uuden älykkään fotonisen anturi- ja laskentapiirin, joka pystyy käsittelemään, lähettämään ja rekonstruoimaan kuvia kohtauksesta nanosekunnissa.

Tämä ilman optis-sähköisiä muunnoksia tapahtuva edistysaskel avaa oven erittäin nopeaan kuvankäsittelyyn, joka voi hyödyttää reunaälyä konenäkösovelluksissa, kuten autonomisessa ajossa, teollisissa tarkastuksissa ja robottinäössä.

Reunalaskenta, joka suorittaa intensiivisiä laskentatehtäviä, kuten kuvankäsittelyä ja analysointia paikallisilla laitteilla, on kehittymässä reunaälyksi lisäämällä tekoälyn (AI) ohjaamaa analysointia ja päätöksentekoa.

"Kuvien kaappaaminen, käsittely ja analysointi reunapohjaisia tehtäviä, kuten autonomista ajamista varten, on tällä hetkellä rajoitettu millisekuntitason nopeuksiin optis-elektronisen muuntamisen vuoksi", sanoi tutkimusryhmän johtaja Lu Fang.

"Uusi sirumme pystyy suorittamaan kaikki nämä prosessit vain nanosekunneissa toteuttamalla ne kaikki optisella alueella. Tätä voitaisiin käyttää merkittävästi parantamaan tai jopa korvaamaan perinteistä anturi-arkkitehtuuria, jota seuraa tekoälyinen jälkikäsittely.

Optica lehdessä tutkijat kuvaavat tekniikkaansa, jota he kutsuvat optisen rinnakkaislaskentakoosteen (OPCA optical parallel computational array) siruksi. He osoittavat, että OPCA:n prosessointikaistanleveys on jopa sata miljardia pikseliä ja vasteaika vain 6 nanosekuntia, mikä on noin kuusi suuruusluokkaa nykymenetelmiä nopeampi.

He käyttivät sirua myös optisen neuroverkon luomiseen, joka yhdistää kuvan havainnoinnin, laskennan ja rekonstruoinnin.

"Siru ja optinen neuroverkko voisivat tehostaa monimutkaisten kohtausten käsittelyä teollisissa tarkastuksissa ja auttaa edistämään älykästä robottiteknologiaa korkeammalle kognitiivisen älykkyyden tasolle", sanoi Wei Wu, paperin toinen kirjoittaja. "Uskomme, että se voi myös mullistaa reunaälyn."

Tutkijoiden sirutoteutus koostuu sensorien ja laskennan ryhmistä, joiden erityisesti suunnitellut rengasresonaattorit muuntavat vapaan tilan optisen intensiteetin kuvan – 2D-esityksen näkymän valon voimakkuudesta – koherentiksi valosignaaliksi, jota voidaan sitten ohjata sirulla. Mikrolinssiryhmä tehostaa prosessia fokusoimalla näkymän OPCA-sirulle.

OPCA-sirun ominaisuuksien osoittamiseksi tutkijat osoittivat, että sitä voidaan käyttää käsinkirjoitetun kuvan luokitteluun ja kuvan konvoluutioprosessiin, joka käyttää suodatinta kuvan piirteiden poimimiseksi. Työn saavutukset osoittivat, että siruarkkitehtuuri voi tehokkaasti ajaa informaation pakkaamisen ja näkymän rekonstruoinnin, mikä osoittaa sen potentiaalin laajasti erilaisiin sovelluksiin.

Aiheesta aiemmin:

Harppaus kohti valon nopeita tietokoneita

Neuroverkkoja optisesti ja kvanttihybridinä

Valon ohjelmointia sirulla