【產(chǎn)通社，3月3日訊】香港中文大學(xué)研究設(shè)計(jì)了一種基于激光的人工神經(jīng)元，模擬生物分級(jí)神經(jīng)元的復(fù)雜功能，處理數(shù)據(jù)的速度比天然神經(jīng)元快十億倍。這項(xiàng)創(chuàng)新可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)超快數(shù)據(jù)處理和顯著節(jié)能來(lái)徹底改變AI和計(jì)算。

基于激光的人工神經(jīng)元

基于激光的人工神經(jīng)元，科學(xué)家們創(chuàng)造性的復(fù)制了生物分級(jí)神經(jīng)元的功能、動(dòng)力學(xué)和數(shù)據(jù)處理能力。這項(xiàng)突破性技術(shù)的信號(hào)處理速度為10 GBaud，比自然的同類技術(shù)快10億倍，可以推動(dòng)AI和高級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的重大進(jìn)步。

生物神經(jīng)元有各種類型，包括分級(jí)神經(jīng)元，它們通過(guò)膜電位的連續(xù)變化來(lái)處理信息，以進(jìn)行精確而細(xì)微的信號(hào)傳輸。相比之下，尖峰神經(jīng)元使用全有或全無(wú)的動(dòng)作電位，以二進(jìn)制、開(kāi)或關(guān)的方式發(fā)送信號(hào)。

“我們的激光分級(jí)神經(jīng)元克服了當(dāng)前光子版本脈沖神經(jīng)元的速度限制，并有可能實(shí)現(xiàn)更快的操作，”香港中文大學(xué)研究小組組長(zhǎng)黃先生說(shuō)。根據(jù)Optica出版集團(tuán)的Optica雜志報(bào)道，他們基于芯片的量子點(diǎn)激光分級(jí)神經(jīng)元可以實(shí)現(xiàn)10 GBaud的信號(hào)處理速度，在1秒鐘內(nèi)處理來(lái)自1億次心跳或3470萬(wàn)張手寫(xiě)數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)。

“我們的技術(shù)可以在保持高準(zhǔn)確性的同時(shí)，加快時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用的AI決策，”黃說(shuō)�！拔覀兿Ｍ麑⒃摷夹g(shù)集成到邊緣計(jì)算設(shè)備中——在數(shù)據(jù)來(lái)源附近處理數(shù)據(jù)——將有助于更快、更智能的AI系統(tǒng)，在未來(lái)以更低的能耗更好地服務(wù)于現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用�！�

激光分級(jí)神經(jīng)元應(yīng)用

激光分級(jí)神經(jīng)元提供快速、神經(jīng)元樣的分級(jí)響應(yīng)，非常適合高速儲(chǔ)備池計(jì)算，為心律失常檢測(cè)和圖像分類等AI任務(wù)展示了出色的模式識(shí)別和序列預(yù)測(cè)。

基于激光的人工神經(jīng)元可以模仿生物神經(jīng)元的行為來(lái)響應(yīng)輸入信號(hào)，由于其超快的數(shù)據(jù)處理速度和低能耗，正在被探索作為一種顯著增強(qiáng)計(jì)算的方法。然而，迄今為止開(kāi)發(fā)的大多數(shù)都是光子尖峰神經(jīng)元。這些人工神經(jīng)元的響應(yīng)速度有限，可能會(huì)遭受信息丟失，并且需要額外的激光源和調(diào)制器。

光子尖峰神經(jīng)元的速度限制來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí)，即它們通常通過(guò)將輸入脈沖注入激光器的增益部分來(lái)工作。這會(huì)導(dǎo)致延遲，限制神經(jīng)元的反應(yīng)速度。對(duì)于激光分級(jí)神經(jīng)元，研究人員使用了一種不同的方法，通過(guò)將射頻信號(hào)注入量子點(diǎn)激光器的可飽和吸收部分，避免了這種延遲。他們還為可飽和吸收部分設(shè)計(jì)了高速射頻墊，以產(chǎn)生更快、更簡(jiǎn)單、更節(jié)能的系統(tǒng)。

“憑借強(qiáng)大的記憶效應(yīng)和出色的信息處理能力，單個(gè)激光分級(jí)神經(jīng)元可以像一個(gè)小型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣運(yùn)作，”黃說(shuō)�！耙虼耍词箾](méi)有額外復(fù)雜連接的單個(gè)激光分級(jí)神經(jīng)元也可以高性能地執(zhí)行機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)�！�

為了進(jìn)一步展示他們的激光分級(jí)神經(jīng)元的能力，研究人員用它制作了一個(gè)池計(jì)算系統(tǒng)。這種計(jì)算方法使用一種稱為儲(chǔ)備池的特殊類型的網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理與時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)，如用于語(yǔ)音識(shí)別和天氣預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)。

在測(cè)試中，最終的儲(chǔ)層計(jì)算系統(tǒng)在各種AI應(yīng)用中以高處理速度展示了出色的模式識(shí)別和序列預(yù)測(cè)，特別是長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。例如，它每秒處理1億次心跳，并以98.4%的平均準(zhǔn)確度檢測(cè)心律失常模式。

“在這項(xiàng)工作中，我們使用了單個(gè)激光分級(jí)神經(jīng)元，但我們相信級(jí)聯(lián)多個(gè)激光分級(jí)神經(jīng)元將進(jìn)一步釋放它們的潛力，就像大腦有數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元在網(wǎng)絡(luò)中一起工作一樣，”黃說(shuō)�！拔覀冋谂μ岣呶覀兊募す夥旨�(jí)神經(jīng)元的處理速度，同時(shí)還在開(kāi)發(fā)一種包含級(jí)聯(lián)激光分級(jí)神經(jīng)元的深度儲(chǔ)備池計(jì)算架構(gòu)。”

查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站https://www.cpr.cuhk.edu.hk。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）