تراشه‌های لیزری میلیارد بار سریع‌تر که می‌توانند ۳۴.۷ میلیون تصویر در ثانیه پردازش کنند
پژوهشگران یک «نورون مصنوعی لیزری» توسعه داده‌اند که همچون نسخه‌ای تقویت شده از یک نورون بیولوژیکی عمل می‌کند.
این نورون لیزری مبتنی بر تراشه عملکرد نورون‌های انسانی را تقلید می‌کند، اما با سرعت فوق‌العاده‌ای کار می‌کند.
دانشمندان دانشگاه چینی هنگ‌کنگ اعلام کرده‌اند که این نورون لیزری با سرعت شگفت‌آور 10 گیگابود یعنی میلیاردها بار سریع‌تر از همتای بیولوژیکی آن کار می‌کند.
جالب است بدانید که تیم از این سرعت برای پردازش مجموعه داده‌های 100 میلیون ضربان قلب یا 34.7 میلیون تصویر در تنها یک ثانیه استفاده کرده‌اند.
این مزیت سرعت فوق‌العاده جایگاه آن را برای پیشرفت در حوزه‌هایی همچون هوش مصنوعی و محاسبات فوق‌العاده فراهم می‌کند.
«فناوری ما می‌تواند تصمیم‌گیری هوش مصنوعی را در برنامه‌های کاربردی حساس به زمان سرعت بخشد و در عین حال دقت بالا را حفظ کند،» چاوران هوانگ، رهبر تیم پژوهشی بیان کرد.
هوانگ اضافه کرد: «ما امیدواریم ادغام فناوری ما در دستگاه‌های محاسبات لبه‌ای که داده‌ها را نزدیک به منبع خود پردازش می‌کنند، سیستم‌های هوش مصنوعی سریع‌تر و هوشمندتری را تسهیل کند که به خوبی برنامه‌های کاربردی واقعی را با کاهش مصرف انرژی در آینده ارائه دهند.»
نورون‌های لیزری با مصرف کم انرژی
نورون‌های لیزری قابلیت‌های پردازش داده با سرعت بالا و مصرف انرژی کم را ارائه می‌دهند. بسیاری از نورون‌هایی که تاکنون توسعه یافته‌اند، «نورون‌های اسپایکینگ فوتونیک» هستند.
این نورون‌ها محدودیت‌هایی همچون زمان پاسخگویی کند، از دست رفتن اطلاعات و نیاز به اجزای سخت‌افزاری اضافی دارند.
«نورون لیزری درجه‌بندی‌شده ما محدودیت‌های سرعت نسخه‌های فوتونیکی فعلی نورون‌های اسپایکینگ را برطرف می‌کند و پتانسیل عملیاتی سریع‌تر را دارد،» هوانگ اعلام کرد.
برای غلبه بر محدودیت‌های سرعت نورون‌های لیزری قبلی، پژوهشگران نورون‌های لیزری درجه‌بندی‌شده مبتنی بر نقاط کوانتومی را ایجاد کردند.
آن‌ها سیگنال‌های فرکانس رادیویی را به بخشی خاص از لیزر نقاط کوانتومی تزریق کردند. علاوه بر این، پدهای فرکانس رادیویی با سرعت بالا به این بخش‌ها افزوده شدند تا عملکرد سریع‌تر، ساده‌تر و کارآمدتری داشته باشند.
«با اثرات حافظه قدرتمند و قابلیت‌های پردازش اطلاعات عالی، یک نورون لیزری درجه‌بندی‌شده می‌تواند مانند یک شبکه عصبی کوچک عمل کند،» هوانگ بیان کرد.
نویسنده اضافه کرد: «بنابراین حتی یک نورون لیزری درجه‌بندی شده بدون اتصالات پیچیده اضافی می‌تواند وظایف یادگیری ماشینی را با کارکرد بالایی انجام دهد.»
نشانگر وعده در آزمایش
در طول آزمایش‌ها، تیم از این دستگاه تراشه‌ای جدید مبتنی بر لیزر برای ایجاد یک «سیستم محاسباتی مخزن» استفاده کرد.
محاسبات مخزن یک روش محاسباتی است که از نوع خاصی از شبکه، معروف به مخزن، برای پردازش داده‌هایی که با گذر زمان تغییر می‌کنند، استفاده می‌کند. این به‌خصوص برای وظایفی مانند تشخیص گفتار و پیش‌بینی هوا که درک دنباله رخدادها مهم است، مفید می‌باشد.
وقتی که با نورون‌های لیزری یکپارچه شدند، سیستم محاسبات مخزن عملکرد برتر در وظایف تشخیص الگو و پیش‌بینی دنباله طولانی در برنامه‌های مختلف هوش مصنوعی را نشان داد.
این سیستم قادر به پردازش حجم عظیمی از داده‌ها، مانند 100 میلیون ضربه قلب در ثانیه بود. علاوه بر این، توانست ناهماهنگی‌های قلبی را با دقت ۹۸.۴ درصد به‌درستی شناسایی کند.
«در این کار، ما از یک نورون لیزری درجه‌بندی شده استفاده کردیم، اما باور داریم که پیوند دادن چندین نورون لیزری درجه‌بندی‌شده پتانسیل آن‌ها را بیشتر به‌طور کامل آشکار می‌کند، همانند مغز که میلیاردها نورون را در شبکه‌ها به‌کار می‌گیرد،» هوانگ بیان کرد.
«ما سخت در تلاش هستیم تا سرعت پردازش نورون لیزری درجه‌بندی‌شده خود را بهبود بدهیم و همچنین یک معماری محاسباتی مخزن عمیق توسعه دهیم که شامل نورون‌های لیزری درجه‌بندی‌شده در قالب زنجیره‌ای است،» محقق در خبرنامه مطبوعاتی نتیجه‌گیری کرد.
این توسعه می‌تواند به طور قابل توجهی در حوزه‌های هوش مصنوعی ، بهداشت و درمان، و علم اقلیم پیشبرد داشته باشد.
یافته‌ها در مجله Optica منتشر شدند.
