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芯片封装-实验光学芯片像大脑一样工作

来自明斯特(德国),牛津大学和埃克塞特大学(均为英国大学)的国际研究团队成功开发了可为大脑类计算机铺平道路的硬件:纳米科学家已经生产出一种人造神经网络的芯片和突触扩展,能够“学习”信息和基于它的计算。 由于系统使用光而不是电子,因此它可以比传统方法更快地处理数据。 该方法以后可以在许多领域用于评估大量数据中的模式。

一种像大脑一样工作的技术? 在更复杂的应用程序中,今天的计 其中一个原因是它们的计算单元和数据存储器是按概念分开的。 因此,所有数据都必须来回发送。 在这方面,大脑本身比最现代的计算机领先许多步骤,因为它处理和存储信息在同一个地方:在突触,神经细胞的连接,其中大脑中有大约100万亿。 一个国际研究团队现在已经成功开发出可以为类脑计算机铺平道路的硬件:纳米科学家制作了一个芯片,人工神经元网络延伸到芯片上,可以模拟大脑神经细胞的行为。 。

研究人员能够证明,这种光学神经突触网络能够“学习”信息并使用它来计算和识别模式 - 就像大脑一样。 由于该系统仅使用光而不是电子,因此可以更快地处理数据数倍。 “这种集成光子系统是一个实验里程碑。该方法可以在很多领域用于评估大量数据的模式,例如医学诊断,”大学研究负责人Wolfram Pernice博士说。明斯特(WWU)

科学家提出的原理是这样的:光波导被放置在可以传输光的微芯片上。 研究人员为这些波导配备了相变材料。 目前,这种材料已经用于诸如可重写DVD的存储介质中。 它们的特征在于它们根据它们所处的相态改变它们的性质。材料在结晶状态和非晶状态之间变化,在结晶状态中它们的原子以规则的方式排列,在非晶态中它们的原子组织起来以不规则的方式。 相变可以通过光触发 - 例如通过激光束加热材料。 “由于材料反应强烈而且剧烈地改变了它的特性,它非常适合模仿突触和两个神经元之间的激发转移,”主要作者Johannes Feldmann说,他作为博士论文的一部分进行了大部分实验。在WWU。

在他们的研究中,研究人员首次成功地将大量纳米结构相变材料结合到神经突触网络中。 他们开发了一种具有四个人工神经元和总共60个突触的芯片。在不同层中构建的芯片结构基于波分复用技术 - 光在光学纳米电路内的不同通道上传输的过程。

为了测试系统识别模式的能力,研究人员以光脉冲的形式“提供”信息并应用两种不同的机器学习算法。 在使用两种算法的情况下 - 用于监视和无监督学习 - 人工网络最终能够识别基于预定义光模式搜索的模式,包括四个连续字母。

“通过使用光子代替电子,我们可以最佳地利用光学技术的已知潜力 - 不仅像以前一样传输数据,而且还可以在一个地方存储和处理它们,”共同作者Harish Bhaskaran教授强调说。牛津大学。

原则上,例如,这种硬件可用于自动识别癌细胞。 但是,在开发这些应用程序之前,还需要进一步的步骤。 例如,研究人员需要增加人工神经元和突触的数量,并增加神经网络的深度。 例如,这可以用标准硅技术制造的光学芯片来完成。 “这一步将在欧盟联合项目'Fun-COMP'中进行,”来自埃克塞特大学的C. David Wright博士,共同作者和Fun-COMP项目负责人说。

· 2019-05-20 09:46  本新闻来源自:eenews,版权归原创方所有

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