在科技界的一項(xiàng)重大突破中，美國賓夕法尼亞大學(xué)的工程師們成功研發(fā)出一款革命性的光子芯片，這款芯片能夠利用光進(jìn)行非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，這一成果被最新一期的《自然·光子學(xué)》雜志所報(bào)道。
這款芯片的工作原理顛覆了傳統(tǒng)，它不再依賴電力進(jìn)行計(jì)算，而是利用光來完成復(fù)雜的AI訓(xùn)練任務(wù)。通過光的運(yùn)用，這款光子芯片能夠顯著加快AI的訓(xùn)練速度，并大幅度降低能耗，為全光計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)的AI芯片主要是電子芯片，它們依賴電流進(jìn)行計(jì)算。然而，這款新研發(fā)的光子芯片則完全不同，它利用了光的特性來實(shí)現(xiàn)AI訓(xùn)練中的非線性數(shù)學(xué)運(yùn)算。在《自然·光子學(xué)》雜志的描述中，這款芯片通過改變光的行為，成功執(zhí)行了現(xiàn)代AI核心中的復(fù)雜計(jì)算。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代AI系統(tǒng)的核心組成部分，它們通過模仿生物神經(jīng)組織的結(jié)構(gòu)，連接簡(jiǎn)單單元或“節(jié)點(diǎn)”的層，使AI系統(tǒng)能夠執(zhí)行各種復(fù)雜任務(wù)。而這款光子芯片則通過一種特殊的半導(dǎo)體材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的精確控制。當(dāng)攜帶輸入數(shù)據(jù)的“信號(hào)”光穿過這種材料時(shí)，一束從上方照射的“泵浦”光束會(huì)調(diào)整材料對(duì)光的反應(yīng)。
通過精確控制泵浦光的形狀和強(qiáng)度，團(tuán)隊(duì)成功地控制了信號(hào)光的吸收、傳輸或放大，這一過程實(shí)際上是在“編程”芯片執(zhí)行不同的非線性函數(shù)。值得注意的是，這項(xiàng)研究并沒有改變芯片的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而是通過光在材料內(nèi)部形成的圖案來重塑光線穿越的方式，從而創(chuàng)造了一個(gè)可重構(gòu)的系統(tǒng)。
為了驗(yàn)證這款芯片的能力，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多項(xiàng)基準(zhǔn)AI問題的測(cè)試。在簡(jiǎn)單的非線性決策邊界任務(wù)中，這款光子芯片實(shí)現(xiàn)了超過97%的準(zhǔn)確率；在著名的鳶尾花數(shù)據(jù)集問題上，也達(dá)到了96%以上的準(zhǔn)確率。這些結(jié)果表明，與傳統(tǒng)數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，光子芯片不僅性能相當(dāng)甚至更優(yōu)，而且能耗更低。
實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步顯示，這款光子芯片僅需4個(gè)非線性的光學(xué)連接，就能達(dá)到傳統(tǒng)模型中20個(gè)固定非線性激活函數(shù)線性電子連接的效果。這一發(fā)現(xiàn)展示了該技術(shù)的巨大潛力，隨著架構(gòu)的進(jìn)一步擴(kuò)展，其效率將更加顯著。
與以往制造后固定的光子系統(tǒng)不同，這款新芯片提供了一個(gè)靈活的平臺(tái)。通過泵浦光的作用，就像畫筆在畫布上繪制一樣，可以在芯片上繪制出可編程指令。這一成果標(biāo)志著現(xiàn)場(chǎng)可編程光子計(jì)算機(jī)概念的一次實(shí)際證明，也是向光速訓(xùn)練AI邁出的重要一步。
