Nanogedrukte optische lineaire perceptrons met hoge neurondichtheid voeren nabij-infrarood-gevolgtrekkingen uit op een CMOS-chip

Tegenwoordig is machine learning doordrongen van het dagelijks leven, met miljoenen gebruikers die elke dag hun telefoon ontgrendelen via gezichtsherkenning of door AI-geactiveerde geautomatiseerde beveiligingscontroles op luchthavens en treinstations. Deze taken zijn mogelijk dankzij sensoren die optische informatie verzamelen en deze naar een neuraal netwerk in een computer sturen.

Wetenschappers in China hebben een nieuw optisch AI-circuit op nanoschaal gepresenteerd dat is getraind om niet-aangedreven volledig optische gevolgtrekkingen uit te voeren met de snelheid van het licht voor verbeterde authenticatieoplossingen. Door slimme optische apparaten te combineren met beeldsensoren, voert het systeem complexe functies gemakkelijk uit, waarbij het een neurale dichtheid bereikt die gelijk is aan 1 / 400ste van die van het menselijk brein en een rekenkracht die meer dan 10 ordes van grootte hoger is dan die van elektronische processors.

Stel je voor dat je de sensoren in alledaagse apparaten in staat stelt kunstmatige-intelligentiefuncties uit te voeren zonder een computer, net zo eenvoudig als het opzetten van een bril. De geïntegreerde holografische perceptrons ontwikkeld door het onderzoeksteam van de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie onder leiding van professor Min Gu, een buitenlands lid van de Chinese Academy of Engineering, kunnen dat waarmaken. In de toekomst zal de neurale dichtheid naar verwachting 10 keer zo groot zijn als die van het menselijk brein.

Hoe het werkt

Traditioneel wordt visuele informatie vertaald in elektronische informatie, die vervolgens wordt verwerkt door energie-hongerige hardware. De technologie die het team van professor Gu heeft ontwikkeld, slaat deze vertaalstap over en verwerkt de optische informatie direct en zonder stroom te gebruiken.

Elena Goi, de eerste auteur van het gepubliceerde artikel en een belangrijk lid van het team van Prof Gu, zei dat de verwerking van optische informatie mogelijk wordt gemaakt door de modernste nanofabricage.

“Door gebruik te maken van zeer nauwkeurige 3D-nanofabricage-technologie, zijn we in staat optische AI-elementen toe te voegen aan industriestandaard beeldsensoren. Dit is vergelijkbaar met het plaatsen van een op maat gemaakte, taakspecifieke slimme bril op de beeldsensoren, die de binnenkomende optische informatie verwerken. voordat het zelfs maar wordt gedetecteerd. “

Gevolg

Met behulp van een ultramoderne laser 3-D-nanoprinttechnologie vervaardigden de onderzoekers optische perceptrons met een neurondichtheid van meer dan 500 miljoen neuronen per vierkante centimeter. De kenmerkgrootte op nanoschaal van deze slimme optische elementen verlegt de bovengrens voor de rekenkracht voor de decryptors met nanodruk, die ligt op 400 ExaFLOPS (10¹⁸ FLOPS, zwevende bewerkingen per seconde), een toename van de bewerkingen per seconde van vijf ordes van grootte vergeleken met geïntegreerde fotonische hardware.

Door de perceptrons rechtstreeks op CMOS-beeldchips af te drukken, zei Goi, is het mogelijk om AI-optische circuits te realiseren, die niet alleen beter presteren dan de huidige optische methoden, maar ook het potentieel laten zien voor toepassing in een breed scala van velden, van beveiligingscontrole, medische diagnostiek, automatisch rijden, satellietbeeldverwerking, enz.

Volgens professor Gu zal deze technologie een hele nieuwe familie van energie-efficiënte, AI-compatibele randapparaten mogelijk maken voor het verwerken van optische informatie. Dit is met name van belang voor toepassingen waarbij het energieverbruik kritiek is of de dataconnectiviteit beperkt is, bijvoorbeeld slimme detectieapparatuur in afgelegen gebieden of slimme sensoren voor langdurige inzet.