바카라 사이트 광학 통합 회로 만 사용하는 세계 최초의 성공적인 신경망 계산

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2023/09/13

세계 첫 번째바카라 사이트 광학 통합 회로 전용성공적인 신경망 계산 저도, 전력 절약 AI 계산 회로 실현을위한 큰 단계

인공 지능 (AI) 시스템은 이제 다양한 상황에서 필수 기술이되었습니다 "신경망"은 AI 시스템의 가장 기본적인 수학적 모델 중 하나입니다 디지털 프로세서를 사용하여 구축AI 시스템은 점점 더 큰 규모가되고 있으며 계산 처리 및 전력 소비 지연이 크게 증가했습니다입니다 이것을 해결하기 위해전자 대신 빛을 사용하는 "바카라 사이트 통합 회로"관심을 끌고 있습니다 하지만"바카라 사이트 통합 회로"는 특성으로 인해 기존의 비선형 기능을 처리 할 수 없습니다지금까지 Light 만 사용하여 신경망 계산을 수행하기가 어려웠습니다 해결해"비선형 매핑 유형 신경망 계산 가능성이있는 바카라 사이트 광학 통합 회로"바카라 사이트적 통합 회로 만 사용하는 세계 최초의 성공적인 신경망 계산그것들을 만든 것은 플랫폼 Photonics Research Center의 Kong Anway였습니다 (보도 자료 2022/6/30) 이제 낮은 대기 시간 및 저전력 소비가있는 조명을 사용하여 신경망 계산을 수행 할 수 있으며, 전자 전자 회로를 보완하는 조명을 사용하여 AI 계산을위한 통합 회로로서 "바카라 사이트 광학적 통합 회로"의 적용 방법을 열 수 있습니다

속도 강도를 가진 바카라 사이트적 통합 회로

AI는 이제 고급 정보 처리에 필수적입니다 정보 처리의 가장 기본적인 수학적 모델 중 하나 인 "Neural Networks"는 인간 신경 회로를 모방하는 계층 적 특성을 가진 수학적 모델이며 입력, 숨겨진 및 출력 층에 뉴런이 연결된 구조가 있습니다

모델로의 이미지와 같은 데이터를 훈련 한 후, 테스트 데이터는 입력 계층에 제공되며 출력 레이어는 출력 계층의 학습 결과에 따라 답변을 얻기 위해 계산 (가중치, 변환 등)을 적용합니다 숨겨진 층의 깊이 (층 수) 및 폭 (각 층의 뉴런 수)과 같은 신경망 구조는 다양한 방식으로 설계되었지만 최근 몇 년 동안 모델은 크게되었습니다

AI 작업은 일반적으로 전자 통합 회로에서 트랜지스터를 켜고 끄면 수행됩니다 최근 AI 모델의 증가로 인해이를 켜고 끄는 데 필요한 전력 및 처리 시간이 점점 커졌습니다 다양한 상황에서 AI를 활용하기 위해 계산 처리의 지연과 전력 소비 증가가 주요 과제입니다

"전자 회로에서 트랜지스터 켜기/끄기 당 1 개의 나노 초 (1 나노초는 10^-9sec)이 걸립니다 이것이 축적되면, 엄청난 시간이되어 순간 처리가 필요한 상황에서 산술 처리가 지연됩니다 통합 전자 회로의 경우 광이 광학 통합 회로를 통과하는 속도는 전자 회로의 약 1/3입니다 우리가 만든 바카라 사이트 광학적 통합 회로의 신경망을 사용하면 빛을 전파하여 계산을 수행 할 수 있으므로 100 피코 초 (1 피코 초)를 달성 할 수 있습니다 (1 피코본은 10^-125743_5820

빛을 사용하는 통합 회로의 가장 큰 특징은 속도입니다 그러나 전자보다 조명이 제어하기가 더 어렵 기 때문에 바카라 사이트 통합 회로의 산술 적용은 지금까지 진행되지 않았습니다

바카라 사이트 광학 통합 회로 신경 네트워크 계산 활성화

섬세하게 제어하기 어려운 바카라 사이트적 통합 회로 그러나 Kon은 바카라 사이트적 통합 회로를 사용하여 신경망 계산을 취하는 것에 대해 생각하기 시작했습니다 2017 년경

감독관의 플랫폼 Photonics Research Center의 총장 인 야마다 코지 (Yamada Koji)는 제안을 받았을 때 일어난 일을 되돌아보고있다 "저는 수년간 바카라 사이트 광학적 통합 회로를 연구 해 왔지만 사용 방법에 대해 생각할 시간이 없었습니다 이미 광 통신에 사용되어 다른 응용 프로그램을 찾고있었습니다"

조명을 제어하고 신경망 계산을 수행 할 수있는 통합 회로를 만드는 새로운 도전은 어려웠으며 처음 2 ~ 3 년 동안 그는 주변에 모았습니다 2022 년 6 월 방향이 점차 좁아졌고 우리는 추적 할 수 있었고, 우리는 결과를 편집 할 수있었습니다 (2022/6/30 보도 자료)

바카라 사이트적 통합 회로로 신경망 작업을 수행 할 때의 주요 장애물은 특성으로 인해 바카라 사이트적 통합 회로가 비선형 기능을 처리 할 수 없다는 것입니다 비선형 기능은 신경망 운영을 포함한 고급 작업에 필수적입니다 과거에는 조명과 전자의 하이브리드가 채택되었으며, 고급 계산을 수행하는 부품은 전자 회로를 사용하고 빛은 다른 정보를 전송하는 부품에 사용됩니다 그러나 이것은 바카라 사이트적 통합 회로의 이점을 완전히 이용하지 못했습니다

KON이 개발 한 방법으로 "비선형 매핑"이 가능해졌으며, 이는 선형 함수 만 처리 할 수있는 종래의 바카라 사이트적 통합 회로에서는 불가능한 계산을 허용했습니다

"예를 들어, 아래 다이어그램의 왼쪽에 표시된 것처럼 두 가지 유형의 데이터를 원형 모양으로 분류하려면 선형 기능을 사용하는 것으로 분류 할 수는 없지만"비선형 맵핑을 고차원 복잡한 공간으로 전달하는 것이 선형 기능을 사용하여 분할 될 수 있다고 생각할 수있는 계산 방법이 있습니다 고차원 복잡한 공간으로, 고차원 복합 공간으로의 비선형 매핑을 달성 할 수 있더라도 더 고급 계산을 수행 할 수 있으므로 데이터 입력 부품은 "고차원 복잡한 공간으로의 비선형 매핑"

비선형 매핑을 사용한 분류 작업의 이미지는 위의 다이어그램에 나와 있습니다 예를 들어, 데이터가 2 차원 모델의 왼쪽에 표시되는 왼쪽 다이어그램에서 검은 색 원과 파란색 사각형을 분리하는 선을 그려 보려면 타원 모양과 같은 복잡한 비선형 기능의 계산이 필요하지만, 비선형 매핑이 오른쪽에 표시된 것처럼 비선형 맵핑이 쉽게 분리 될 수 있습니다 이를 통해 기존의 비선형 함수의 작동을 피할 수 있습니다

이번에 개발 된 바카라 사이트 광학 통합 회로의 구조를 자세히 살펴보면 아래 그림은 다음과 같습니다 바카라 사이트 광 도파관, 금속 배선 등은 바카라 사이트 기판에 배치됩니다 여기서는 40 마하의 간섭계와 광학 페이저가 통합되어 빛을 제어하고 계산을 수행합니다

분석하려는 데이터는 입력 섹션에서 Mach-Zehnder 간섭계로 전기 신호로 전송되고 바카라 사이트 신호로 변환됩니다 현재 시스템은 Kon이 발명 한 방법에 의해 고차원 복합 공간에 비선형으로 맵핑됩니다 그런 다음 바카라 사이트 신호는 마하-젠더 간섭계를 통과하고 다른 한편으로는 경로를 바꾸고 나누기 (계산에 해당)를 나누어줍니다

마지막으로, 계산 결과는 출력 포트에서 감지됩니다 감지 된 빛의 강도는 계산 결과를 나타내며, 신경망 계산이 완료되었음을 나타냅니다 출력 포트의 바카라 사이트 신호는 전기 신호로 다시 반환됩니다 데이터 입력 및 출력 후 전자 회로가 관여하지만 계산 부분은 바카라 사이트 전파를 통해서만 수행됩니다 이를 통해 전자 회로의 천분의 1 천분의 지연 시간과 10 분의 1의 전력 소비가 가능합니다

바카라 사이트 광학 통합 회로를 사용하여 "Airame 분류 문제"해결

우리는 개발 된 "바카라 사이트 광학 통합 회로"의 신경망 계산이 AI를 사용한 분류를위한 기본 벤치 마크 문제를 사용하여 잘 작동하는지 여부를 확인했습니다 이 질문에서, 세 가지 유형의 홍채는 홍채 꽃잎의 크기에 따라 분류되며 정답 속도는 측정됩니다

먼저 교육 데이터를 사용하여 광학 신경망 계산 모델을 조정하십시오 CON이 개발 한 방법을 사용하여 "학습"은 입력이 올바른 출력을 가질 수 있도록 바카라 사이트 광학적 통합 회로의 상태를 조정하는 것입니다 이 연구에서는 8 개의 출력 포트 중에서 입력 데이터 유형에 따라 최대 광학 전력이 표시되도록 다른 출력 포트를 조정했습니다 결과적으로, 학습 후 정답 비율은 약 94%였으며, 이미 훈련 된 바카라 사이트 광학 통합 회로의 상태가 변경되지 않았을 때, 학습에 사용되지 않은 테스트 데이터가 분류 될 때 정답 속도는 약 97%로 달성되었습니다

"중요한 것은 바카라 사이트 광학적 통합 회로의 직접 훈련을 허용하는 온칩 학습이 가능하다는 것입니다 다른 컴퓨터에서 학습을 통해 얻은 바카라 사이트 광학적 통합 회로를 조정하는 데 사용되었습니다 그러나 이것은 모델을 훈련 할 때 빛을 사용하여 빛을 사용하여 속도 업 또는 전원 절약의 이점을 제공하지 못한다 계산 결과를 얻을 수 있습니다 전자 회로와 달리 계산할 때마다 트랜지스터를 전환 할 필요가 없으므로 여기에서도 빠르고 전력을 절약 할 수 있습니다 "

빛의 약점을 극복하고 강점을 최대한 활용하려면

"가벼운 신경 네트워크 계산"은 관심을 끌고 있습니다 바카라 사이트 광학 통합 회로는 AI의 고속 처리를 전문으로하는 컴퓨팅 회로로 사용될 수 있지만 향후 어떤 종류의 개발이 예상됩니까?

"우리는 AIME 분류 문제와 관련하여, 모델의 크기를 나타내는 매개 변수의 수가 전자 회로보다 약 1/6 이하이라도, 바카라 사이트 광학적 통합 회로는 전자 회로의 정답 속도와 동일한 정답 속도를 제공 할 수 있음을 발견했다 우리는이를 확인하기 시작했다

빛은 강점과 약점을 가지고 있으며 모든 전자 회로를 대체 할 수는 없습니다 Kon과 다른 사람들이 전자 회로와 결합 할 때 어떤 종류의 힘을 보여줄 수 있는지 탐구하는 것을 목표로합니다 "전자 회로와 결합하면 루프가 생성되어 RNN (재발 신경 네트워크)를 만들고 싶습니다 이렇게하면 음성을 인식 할 수 있습니다 나는 그것이 더 멀티 층과 더 높은 성능이되어 현재 존재하는 컴퓨터의 일부 기능을 수행 할 수 있기를 바랍니다 "

Yamada는 또한 "바카라 사이트 회로는 전자 회로만큼 작지 않으며 디지털 계산에 적합하지 않습니다 그러나 전파 속도는 압도적이며 AI와 같은 아날로그 계산에 능숙합니다 데이터 처리 지식이 허용되지 않는 상황에서 적용을 고려하여 자율적 인 운전에 적합한 것으로 느껴질 수 있습니다"

"빠르지 만 전기만큼 유용하지는 않지만"라이트는 속도를 최대한 활용하기 위해 런업에 이르렀을 것 같습니다