Valoon perustuva konvoluutiolaskenta sirulle15.10.2025
Valon käyttö vähentää dramaattisesti näiden tehtävien suorittamiseen tarvittavaa tehoa, ja tehokkuus on 10 tai jopa 100 kertaa suurempi kuin nykyisillä, samoja laskelmia suorittavilla siruilla. Tämä koneoppimistehtävä, jota kutsutaan "konvoluutioksi", on tekoälyjärjestelmien kuvien, videoiden ja jopa kielen käsittelyn ydin. Konvoluutio-operaatiot vaativat tällä hetkellä paljon laskentaresursseja ja aikaa. Nämä uudet sirut käyttävät kuitenkin piirilevyille valmistettuja lasereita ja mikroskooppisia linssejä konvoluutioiden suorittamiseen paljon pienemmällä teholla ja nopeammin. Testeissä uusi siru luokitteli käsin kirjoitetut numerot noin 98 prosentin tarkkuudella, joka on sama kuin perinteisillä siruilla. ”Keskeisen koneoppimislaskennan suorittaminen lähes nollaenergialla on harppaus eteenpäin tulevaisuuden tekoälyjärjestelmissä”, sanoo tutkimuksen johtaja, puolijohdefotoniikan professori Volker J. Sorger . ”Tämä on ratkaisevan tärkeää tekoälyominaisuuksien laajentamisen jatkumiseksi tulevina vuosina.” ”Tämä on ensimmäinen kerta, kun kukaan on sijoittanut tämän tyyppistä optista laskentaa sirulle ja soveltanut sitä tekoälyneuroverkkoon”, sanoo Ph.D Hangbo Yang. Prototyyppisirussa käytetään kahta sarjaa miniatyyri-Fresnel-linssejä standardinmukaisten valmistusprosessien avulla. Nämä kaksiulotteiset versiot ovat vain murto-osan ihmisen hiuksen paksuudesta. Koneoppimisdata, kuten kuvasta tai muista hahmontunnistustehtävistä, muunnetaan laservaloksi sirulla ja johdetaan linssien läpi. Tulokset muunnetaan sitten takaisin digitaaliseksi signaaliksi tekoälytehtävän suorittamiseksi. Tämä linssipohjainen konvoluutiojärjestelmä ei ole ainoastaan laskennallisesti tehokkaampi, vaan se myös lyhentää laskenta-aikaa. Valon käytöllä sähkön sijaan on myös muita etuja. Sorgerin ryhmä suunnitteli sirun, joka voisi käyttää erivärisiä lasereita useiden datavirtojen käsittelyyn rinnakkain. ”Linssin läpi voi kulkea samanaikaisesti useita valon aallonpituuksia eli värejä”, Yang sanoi. ”Se on fotoniikan keskeinen etu.” Siruvalmistajat, kuten alan johtava NVIDIA, sisällyttävät jo optisia elementtejä tekoälyjärjestelmiensä muihin osiin, mikä voisi tehdä konvoluutiolinssien lisäämisestä saumattomampaa. ”Lähitulevaisuudessa sirupohjaisesta optiikasta tulee keskeinen osa jokaista päivittäin käyttämäämme tekoälysirua”, sanoi Sorger ja seuraavaksi tulee optinen tekoälylaskenta.” Aiheesta aiemmin: Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Floridan yliopiston insinööritiimi on kehittänyt uudenlaisen tietokonesirun, joka käyttää valoa sähkön sijaan suorittaakseen yhden tekoälyn energiaintensiivisimmistä osista – kuvantunnistuksen ja vastaavat kuvioiden löytämiseen liittyvät tehtävät.