Οι κινεζικοί επιστήμονες επιτρέπουν στους ρομπότ να σκέφτονται αμέσως, επιταχύνοντας την ανάπτυξη της πυρίτιας φωτονικής

Νέα για το διάσπαση στην φωτονική νευρομορφική υπολογιστική

Οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Σιδαν (Xidian University) δημιούργησαν την πρώτη πλήρως φωτεινή «νευρομορφή» χip, ικανή να εκπαιδεύεται με ενίσχυση χωρίς μετατροπή σήματος σε ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το γεγονός σηματοδοτεί τη μετάβαση από γραμμικά φωτονικά συστήματα spiking σε μη γραμμικές μετασχηματίσεις – ένα κρίσιμο βήμα για πρακτικές εφαρμογές.

Γιατί είναι σημαντικό
- Έλλειψη μετατροπής: Η μεταφορά φωτονίων σε ηλεκτρόνια και πίσω προκαλεί απώλειες ενέργειας και χρόνου. Σε συστήματα πραγματικού χρόνου (ρομποτική, αυτόνομα οδήγησης) τέτοιες καθυστερήσεις μπορεί να οδηγήσουν σε αποτυχία εξοπλισμού ή ακόμη και ατυχήματα.

- Ασφαλής αλληλεπίδραση ρομπότ με ανθρώπους: Η δημιουργία γενικών φωτονικών χip ανοίγει τον δρόμο για πιο αξιόπιστα και ενεργειακά αποδοτικά έξυπνα συστήματα.

Τρεις επιλυμένες προκλήσεις
1. Διαθεσιμότητα μεγάλων πλέγματων μη γραμμικών spiking νευρών με χαμηλό όριο ενεργοποίησης – τώρα μπορούν να τοποθετούνται πυκνότερα οι νευρώνες.

2. Πλήρως προγραμματιζόμενα χip – προηγουμένως ήταν «σκληρά» (προγραμματισμένα σε υλικό).

3. Φωτονική εκπαίδευση με ενίσχυση – τώρα επιτυγχάνεται χάρη στη νέα αρχιτεκτονική.

Αρχιτεκτονική πρωτότύπου
ΣτοιχείοΠεριγραφή16‑κανάλι φωτονικό χip Περιέχει 272 εκπαιδεύσιμα παραμέτρους, κατασκευασμένο σε πίνακα 16×16 interferometers Mach-Zehnder. Χip με λέιζερ και ανάδραση Χρησιμοποιεί απορροφητή saturable για χαμηλό όριο μη γραμμικής ενεργοποίησης spiking. Υλικό-Προγραμματιστικό πλαίσιο Αρχικά εκπαιδεύεται σε λογισμικό, στη συνέχεια μεταφέρεται στα χip και μετά προσαρμόζεται με βάση τις υλικές ιδιότητες.

Δοκιμές
- CartPole (ισορροπία άξονου) – ακρίβεια σχεδόν ίδια με το λογισμικό μοντέλο (κατάπτωση 1,5 %).

- Pendulum (συρρίκνωση μπαλάντας) – κατάπτωση 2 %.

- Σε και τις δύο εργασίες η καθυστέρηση υπολογισμών ήταν μόλις 320 πικοδευτερόλεπτα.

Αποδοτικότητα
ΤύποςΚατανάλωση ενέργειαςΠυκνότηταΓραμμικά1,39 TOPS/Вт0,13 TOPS/mm²Μη γραμμικά987,65 GOPS/Wt533,33 GOPS/mm²
Αυτά τα νούμερα θέτουν το φωτονικό σύστημα στην τάξη GPU όσον αφορά την ενεργειακή αποδοτικότητα (≈1 TOPS/Вт) και πυκνότητα (0,1–0,5 TOPS/mm²), αλλά εξαρτώνται πλήρως από τη φωτεινή επεξεργασία, εξαλείφοντας τις απώλειες μετατροπής.

Προοπτικές
- Αυτόνομη οδήγηση

- Έξυπνα ρομπότ

- Περιφερειακοί υπολογισμοί με υπερχαμηλή καθυστέρηση και ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας

Στο μέλλον προγραμματίζεται η κλιμάκωση του χip σε 128 κανάλια, ώστε να αντιμετωπίζονται πιο σύνθετες εργασίες (νευρομορφική αυτόνομη πλοήγηση) και να δημιουργούνται συμπαγείς υβριδικά-ενσωματωμένα φωτονικά νευρομορφικά συσκευές.

Συνολικά: Η ανάπτυξη ανοίγει νέο δρόμο για ενεργειακά αποδοτική ΤΝ βασισμένη σε φωτεινά παλμούς, που μπορεί να αλλάξει δραστικά τις προσεγγίσεις στη ρομποτική και τα αυτόνομα συστήματα.