Laserpohjainen keinoneuroni on erittäin nopea

Hongkongin kiinalaisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet laserpohjaisen keinotekoisen neuronin, joka emuloi täysin biologisesti asteittaisen neurosolun dynaamisia ja tiedonkäsittelyn toimintoja.

Saavutetulla signaalinkäsittelyn 10 GBaudin nopeudella uudenlainen neuroni voi johtaa läpimurtoihin sellaisilla aloilla kuin tekoäly ja muun tyyppinen kehittynyt tietojenkäsittely.

Keho sisältää erityyppisiä neurosoluja, mukaan lukien asteittaiset neurosolut, jotka koodaavat informaatiota jatkuvien kalvopotentiaalin muutosten kautta, mikä mahdollistaa hienovaraisen ja tarkan signaalinkäsittelyn. Sitä vastoin biologiset piikittävät neurosolut välittävät informaatiota käyttämällä kaikki tai ei mitään -toimintapotentiaalia, mikä luo binaarisemman kommunikaatiomuodon.

"Lasertoiminen asteittainen neuronimme voittaa piikittävien neurosolujen nykyisten fotoniversioiden nopeusrajoitukset ja sillä on potentiaalia vieläkin nopeampaan toimintaan", sanoi tutkimusryhmän johtaja Chaoran Huang. "Hyödyntämällä sen neurosolumaista epälineaarista dynamiikkaa ja nopeaa käsittelyä, rakensimme säilölaskentajärjestelmän, joka osoittaa poikkeuksellista suorituskykyä tekoälytehtävissä, kuten hahmontunnistuksessa ja sekvenssien ennustamisessa."

Optica -lehdessä tutkijat raportoivat, että heidän neuroninsa saattoi nopeutensa ansiosta käsitellä 100 miljoonan sydämenlyönnin datan tai 34,7 miljoonan käsin kirjoitetun digitaalisen kuvan vain yhdessä sekunnissa.

"Teknologiamme voisi nopeuttaa tekoälyn päätöksentekoa aikakriittisissä sovelluksissa säilyttäen samalla korkean tarkkuuden", Huang sanoi. "Toivomme, että teknologiamme integrointi reunalaskentalaitteisiin - jotka käsittelevät dataa lähellä lähdettä - mahdollistaa nopeampia ja älykkäämpiä tekoälyjärjestelmiä, jotka palvelevat paremmin todellisia sovelluksia pienemmällä energiankulutuksella tulevaisuudessa."

Laserpohjaisia keinotekoisia neurosoluja, jotka voivat reagoida tulosignaaleihin biologisten hermosolujen käyttäytymistä jäljittelevällä tavalla, tutkitaan keinona parantaa merkittävästi tietojenkäsittelyä niiden ultranopeiden tietojenkäsittelynopeuksien ja alhaisen energiankulutuksen ansiosta. Suurin osa tähän mennessä kehitetyistä on kuitenkin ollut fotonisia piikittäviä neurosoluja. Niillä on rajoitettu vastenopeus ja ne voivat kärsiä informaation menetyksestä ja vaativat avukseen laserlähteitä ja modulaattoreita.

"Tehokkaiden muistitehosteiden ja erinomaisten tiedonkäsittelyominaisuuksien ansiosta yksi asteittainen laserneuroni voi käyttäytyä kuin pieni neuroverkko", Huang sanoi. "Siksi jopa yksi tällainen laserneuroni ilman monimutkaisia lisäyhteyksiä voi suorittaa koneoppimistehtäviä erittäin tehokkaasti."

Aiheesta aiemmin:

XOR valolla ja yksittäisen transistorin neuronissa

Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla