Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja

01.08.2022

Penn-kaksi-miljardia-kuvaa-sekunnissa-250-t.jpgSyvien neuroverkkojen sovelluksia tietokonenäöstä lääketieteelliseen diagnoosiin toteutetaan yleisesti kellotuspohjaisilla prosessoreilla, joissa laskentanopeutta rajoittavat pääasiassa kellotaajuus ja muistin käyttöaika.

Pennysylvanian yliopiston tutkijat raportoivat fotonisesta syvän neuroverkon (PDNN) piiristä, joka suorittaa subnanosekuntisen kuvien luokittelun prosessoimalla suoraan optisia aaltoja, jotka osuvat sirulla olevaan pikseliryhmään, kun aallot etenevät neuronikerrosten läpi.

Jokaisessa neuronissa lineaarinen laskenta suoritetaan optisesti ja epälineaarinen aktivointitoiminto toteutetaan optoelektronisesti, mikä mahdollistaa alle 570 ps:n luokitusajan, mikä on verrattavissa uusimpien digitaalisten alustojen yhteen kellojaksoon.

Siru pystyykin käsittelemään lähes kaksi miljardia kuvaa sekunnissa ja piirillä on mahdollista toteuttaa myös skaalautuvuus suuriinkin PDNN-verkkoihin.

"Sirumme ei tarvitse tallentaa informaatiota, mikä poistaa suuren muistiyksikön tarpeen. Ja poistamalla kuvia tallentavan muistiyksikön, lisäämme myös datan yksityisyyttä", professori Firooz Aflatouni sanoo."

"Emme ole ensimmäisiä, jotka esittelevät teknologiaa, joka lukee optisia signaaleja suoraan. Mutta olemme ensimmäisiä, jotka luovat järjestelmän sirulla, joka on sekä yhteensopiva olemassa olevan teknologian kanssa että skaalautuva toimimaan monimutkaisempien datan kanssa," toteavat tutkijat.

TU Grazin tietojenkäsittelyteorian instituutti ja Intel Labs osoittivat kokeellisesti, että suuri neuroverkko voi käsitellä sekvenssejä, kuten lauseita, kuluttaen samalla neljästä kuuteentoista kertaa vähemmän energiaa toimiessaan neuromorfisella laitteistolla kuin perinteisellä laitteistolla.

Tutkimuksessa ryhmä keskittyi algoritmeihin, jotka toimivat ajallisten prosessien kanssa. Järjestelmän piti esimerkiksi vastata kysymyksiin aiemmin kerrotusta tarinasta ja ymmärtää kontekstin esineiden tai ihmisten välisiä suhteita.

Neuromorfisessa verkossaan ryhmä toisti aivojen oletetun muistimekanismin, eli että ihmisen aivot voivat tallentaa informaatiota lyhyen ajan jopa ilman neurotoimintaa, nimittäin neurosolujen niin kutsutuissa "sisäisissä muuttujissa".

Suorat todisteet puuttuvat näistä sisäisiä muuttujista mutta se tarkoittaa, että verkon tarvitsee vain testata, mitkä neuronit ovat kyseisellä hetkellä väsyneitä rekonstruoidakseen, mitä informaatiota se on aiemmin käsitellyt. Toisin sanoen aikaisempi informaatio tallentuu neurosolujen epäaktiivisuuteen ja toimimattomuus kuluttaa vähiten energiaa.

"Toistuvien neurorakenteiden odotetaan tuottavan suurimmat hyödyt neuromorfisilla laitteistoilla toimiville sovelluksille tulevaisuudessa", Intelin Mike Davies toteaa. "Neuromorfiset laitteistot, kuten Loihi, sopivat hyvin helpottamaan nopeita, harvoja ja arvaamattomia verkkotoiminnan malleja, joita havaitsemme aivoissa ja joita tarvitsemme energiatehokkaimmille tekoälysovelluksille."

Indian Institute of Technology Bombayn professori Udayan Gangulyn johtamat tutkijat ehdottivat vuonna 2021 kvanttitunnelointivirran käyttöä pii eristee (SOI) -teknologiassa ratkaisuksi neuroteknologiaan. Kvanttitunneloinnin virtatasot ovat lähellä perinteisen transistorin off-virtatasoa. Tämä mahdollistaa merkittäviä käyttötehon ja pinta-alan säästöjä!

"Verrattuna huippuluokan [keinotekoisiin] neuronieihin, joita on toteutettu laitteistotason piikittävissä neuroverkoissa, saavutimme 5 000 kertaa pienemmän energian piikkiä kohden samalla piirialalla ja 10 kertaa pienemmän valmiustilan tehonkäytön piirialaa ja energiapiikkiä kohti", Ganguly selittää.

Aiheesta aiemmin:

Tekoälylle elinikäistä oppimiskykyä

Tekoälyä tehokkaammin

Laskentaa ilman digitaaliprosessoria

18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen
21.12.2023Yksittäisestä 2D-materiaalista suprajohtava liitos
20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä.
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille
24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen
23.11.2023Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja
22.11.2023Veden ja ilman välinen akustinen viestintä
21.11.2023Uusia kubittiratkaisuja
20.11.2023Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla
18.11.2023Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon
17.11.2023Parempaa energiatehokkuutta tietojenkäsittelyyn
16.11.2023Kommunikointia tyhjyyden kanssa
15.11.2023Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus

Näytä lisää »