Создана первая фотонная нейросеть — Naked Science
22.07.2020
Мария Кривоченко

Создана первая фотонная нейросеть

Американские ученые разработали нейросеть, в которой операции совершаются с помощью фотонов. Такой подход значительно снижает траты энергии на обучение сети и позволяет производить вычисления с околосветовой скоростью.

Изображение чипа / © Марио Мискульо
Изображение чипа / © Марио Мискульо

За последние годы ученые продвинулись в создании искусственного интеллекта (ИИ). Это стало возможно благодаря разработке систем машинного обучения: оно выполняется нейросетями и частично воспроизводит функциональные возможности мозга.

Современные цифровые процессоры, пригодные для глубокого обучения, например графические или тензорные, не могут выполнять сложные операции достаточно быстро и точно. А производительные системы искусственного интеллекта остаются слишком громоздкими, чтобы их можно было использовать в современных компьютерах и смартфонах.

Группа исследователей из США предложила новый способ, посредством которого нейросети смогут совершать необходимые вычисления для обучения ИИ. Они собираются использовать свет вместо электричества: по мнению ученых, фотонные чипы делают процесс машинного обучения гораздо быстрее и эффективнее. Подробное описание нового подхода опубликовано в журнале Applied Physics Reviews.

Ядро фотонного тензора (РТС) и двигатель разработки. (a) PTC состоит из 16 элементов (b) схема вычислений которые производит разработка. / © Applied Physics Reviews.

«Мы выяснили, что фотонные платформы с встроенной оптической памятью могут выполнять те же самые операции, что и тензорные процессоры. При этом они потребляют меньше энергии и гораздо производительнее. Их можно использовать, чтобы совершать вычисления со скоростью света», — рассказал Марио Мискульо, один из разработчиков, доцент Университета имени Джорджа Вашингтона в США.

Каждый чип состоит из 16 световодов, к которым подключены генераторы света и ячейки памяти. Они меняют оптические свойства при контакте со светом или пропускании через них электрического тока. Ученые настраивают чипы так, что через них проходят лучи света — это позволяет совершать математические операции, чтобы параллельно умножать матрицы и обрабатывать данные. Современные процессоры выполняют их последовательно, требуя при этом непрерывного доступа к кэш-памяти.

Авторы разработки отмечают, что фотонные запоминающие устройства, в отличие от электрооптических модуляторов, сохраняют информацию без лишнего энергопотребления. «Фотонные специализированные процессоры могут сэкономить огромное количество энергии, сокращая время отклика и обработки данных», — добавил Мискульо.

Тесты показали, что производительность фотонных чипов в два-три раза выше, чем у представленных на рынке сегодня. Скорость обработки данных в них может достигать двух петафлопс в секунду, при этом они потребляют около 80 ватт энергии, из которых 95% будет тратиться на поддержку работы чипа, а всего 5% — на вычисления.

Ученые считают, что фотонные чипы станут востребованными в науке и производстве электронных устройств благодаря своим уникальным характеристикам. Также они предполагают, что разработка будет полезна не только при машинном обучении, но и для работы сетей 5G и 6G.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:42
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

Вчера, 18:00
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

Вчера, 21:09
Илья Ведмеденко

Российские специалисты разрабатывают четырехдвигательную версию пассажирского Ил-114. Это позволит повысить дальность и грузоподъемность крылатой машины.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: