光學(xué)記憶器回顧: 閃耀在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算上的光芒 二維碼
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發(fā)表時(shí)間:2024-04-23 08:34 用于非易失性傳輸調(diào)制的光學(xué)記憶性平臺(tái)。資料來(lái)源:《自然-光子學(xué)》(2023)。DOI: 10.1038/s41566-023-01217-w 人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和ChatGPT可能是公共領(lǐng)域中相對(duì)較新的流行語(yǔ),但開發(fā)一種功能類似于人類大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)--硬件和軟件相結(jié)合--一直是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的挑戰(zhàn)。匹茲堡大學(xué)的工程師們今天正在探索光學(xué) "記憶體 "如何成為開發(fā)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵。 具有記憶功能的電阻器,或稱憶阻器,已經(jīng)證明了其在電子領(lǐng)域的多功能性,可用作神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中的計(jì)算電路元件和高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的緊湊型存儲(chǔ)器元件。它們的獨(dú)特設(shè)計(jì)已經(jīng)為內(nèi)存計(jì)算鋪平了道路,并引起了科學(xué)家和工程師的極大興趣。 發(fā)表在《自然-光子學(xué)》上的一篇題為 "集成光學(xué)記憶體 "的新評(píng)論文章,揭示了這項(xiàng)技術(shù)的演變--以及為發(fā)揮其全部潛力仍需進(jìn)行的工作。 在匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授Nathan Youngblood的帶領(lǐng)下,文章探討了與電子記憶體類似的光學(xué)設(shè)備的潛力。這類新設(shè)備可能在光學(xué)領(lǐng)域的高帶寬神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)硬件和人工智能的革命中發(fā)揮重要作用。 "Youngblood解釋說(shuō):"研究人員真正被光學(xué)記憶體迷住了,因?yàn)樗鼈冊(cè)诟邘捝窠?jīng)形態(tài)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)硬件和人工智能方面具有難以置信的潛力。"想象一下,將光學(xué)的令人難以置信的優(yōu)勢(shì)與本地信息處理相融合。這就像打開了通往一個(gè)全新的技術(shù)可能性領(lǐng)域的大門,而這在以前是無(wú)法想象的。" 這篇評(píng)論文章全面介紹了光子集成電路這一新興領(lǐng)域的最新進(jìn)展。它探討了當(dāng)前的最先進(jìn)技術(shù),并強(qiáng)調(diào)了光學(xué)記憶器的潛在應(yīng)用,它結(jié)合了超快、高帶寬光通信和本地信息處理的優(yōu)點(diǎn)。然而,可擴(kuò)展性成為未來(lái)研究應(yīng)解決的最緊迫問(wèn)題。 "在光學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)大內(nèi)存或神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的規(guī)模是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。擁有一種快速、緊湊和高效的技術(shù),使擴(kuò)展更容易實(shí)現(xiàn),并將代表一個(gè)巨大的進(jìn)步,"楊布拉德解釋說(shuō)。 "他繼續(xù)說(shuō):"限制的一個(gè)例子是,如果你采用目前具有最高存儲(chǔ)密度的光存儲(chǔ)器的相變材料,并試圖在芯片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),它將需要一個(gè)筆記本電腦大小的晶圓來(lái)容納所有需要的存儲(chǔ)器單元。"尺寸對(duì)光子學(xué)來(lái)說(shuō)很重要,我們需要找到一種方法來(lái)提高存儲(chǔ)密度、能源效率和編程速度,以便在有用的規(guī)模上進(jìn)行有用的計(jì)算。" 利用光來(lái)徹底改變計(jì)算 光學(xué)記憶體可以徹底改變計(jì)算和信息處理的若干應(yīng)用。它們可以實(shí)現(xiàn)光子集成電路(PIC)的主動(dòng)微調(diào),使片上光學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和重新編程,而不會(huì)持續(xù)消耗電力。它們還提供高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索,有望加速處理,降低能耗,并實(shí)現(xiàn)并行處理。 光學(xué)記憶體甚至可以用于人工突觸和大腦啟發(fā)的架構(gòu)。具有非易失性存儲(chǔ)和非線性輸出的動(dòng)態(tài)記憶體復(fù)制了大腦中突觸的長(zhǎng)期可塑性,并為尖峰集成和發(fā)射計(jì)算架構(gòu)鋪平了道路。 擴(kuò)大和改進(jìn)光學(xué)膜片技術(shù)的研究可以為高帶寬的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)硬件和人工智能開啟前所未有的可能性。 "我們看了很多不同的技術(shù)。我們注意到的是,我們離理想的光學(xué)記憶器的目標(biāo)還很遠(yuǎn)--一種緊湊、高效、快速,并能顯著改變光學(xué)特性的東西,"Youngblood說(shuō)。"我們?nèi)栽趯ふ乙环N在單一技術(shù)中真正滿足所有這些標(biāo)準(zhǔn)的材料或設(shè)備,以使其推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。" 更多信息:Nathan Youngblood et al, Integrated optical memristors, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01217-w
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