Asynkroninen optinen kiihdytinsiru

Nykyinen tekoäly (AI) kohtaa kriittisiä haasteita energiankulutuksessa ja prosessointiviiveessä elektronisten prosessorien luontaisten rajoitusten vuoksi.

Optinen laskenta on noussut lupaavaksi vaihtoehdoksi, mutta huippuluokan järjestelmät ovat erittäin riippuvaisia toistuvista optis-sähköisistä muunnoksista ja tarkasta synkronoinnista. Tämä ongelma on erityisen ilmeinen toistuvissa tekoälymalleissa, joissa pienetkin ajalliset poikkeamat voivat kertyä iteraatioiden aikana, johtaen vakavaan signaalin heikkenemiseen.

Äskettäin useat Huazhongin tiede- ja teknologiayliopiston tutkijat Kiinassa kehittivät monoliittisesti integroidun asynkronisen optisen toistuvan toiminnan kiihdyttimen.

Tämä uusi järjestelmä kuvaa aikasekvenssit aallonpituuskanaville hyödyntäen sirulla olevia aallonpituusreleointiyksiköitä (WRU) tiukan synkronoinnin vaatimuksen poistamiseksi, mikä parantaa merkittävästi laskennallista tehokkuutta. "Suunnittelumme kiertää perinteisen riippuvuuden nopeista elektronisista komponenteista synkronoinnissa", tutkijat selittävät. "Käyttämällä aallonpituusvälitysyksiköitä perinteisten analogia-digitaali-muuntimien ja digitaali-analogia -muuntimien sijaan vähennämme tehokkaasti energiankulutusta ja mahdollistamme samalla tehokkaan rinnakkaisen signaalinkäsittelyn."

Tutkijoiden mukaan heidän kehittämä arkkitehtuuri ratkaisee tehokkaasti kriittiset synkronointiin liittyvät haasteet, jotka haittaavat rinnakkaisesti toimivien synkronisten optisten kiihdyttimien toteutusta.

Tutkimusryhmä otti onnistuneesti käyttöön kaksi uraauurtavaa optisen laskennan mallia sirulla:

Optinen piilotettu Markov-malli (OHMM) -siru – Pystyy analysoimaan DNA-sekvenssejä vaikuttavalla 99 %:n tarkkuudella, mikä osoittaa potentiaalia bioinformatiikan sovelluksissa.

Optinen rekurrentti neuroverkko (ORNN) -siru – Saavutti 87,7 %:n tarkkuuden 8-luokkaisessa puheentunnistustehtävässä, mikä osoittaa sen toteutettavuuden reaaliaikaisessa tekoälypohjaisessa viestinnässä ja kielenkäsittelyssä.

"Tämä läpimurto tasoittaa tietä tehokkaalle tekoälylaskennalle autonomisissa ajoneuvoissa, älykkäässä robotiikassa ja muualla", tiedemiehet toteavat. "Mahdollisuus käsitellä massiivisia tietovirtoja ilman sähköistä synkronointia avaa uusia mahdollisuuksia reaaliaikaiseen päätöksentekoon tekoälyjärjestelmissä."

Tulevaisuudessa tiimi pyrkii skaalaamaan arkkitehtuuria kaupallisiin tekoälylaitteistosovelluksiin. Nopean ja energiatehokkaan laskennan yhdistelmä tekee tästä optisesta kiihdyttimestä vahvan kilpailijan seuraavan sukupolven tekoälylaitteistojen ratkaisuille.

Fotonisen integraation ja aallonpituusmultipleksoinnin peräkkäisten edistysaskeleiden myötä monoliittiset asynkroniset optiset kiihdyttimet saattavat pian määritellä uudelleen tekoälyprosessoinnin maiseman ja kuroa umpeen kuilua suurteholaskennan ja kestävän energiankulutuksen välillä.

Aiheesta aiemmin:

Bistabiilit nanokiteet lupailevat tehokkaampaa optista laskentaa

Kohina täydentää tekoälyä optisessa laskennassa

Laskentaa ilman digitaaliprosessoria