Nippon Telegraph 및 Telephone Corporation과 협력하여 Nippon Telegraph 및 Telephone Corporation과 협력하여 국립 고급 산업 과학 기술 연구소의 플랫폼 Photonics Research Center (이하 "AIST")의 최고 연구원은 전국 바카라 사이트를 지원하지 않았습니다실리콘 광학 통합 바카라 사이트신경망 작동기술이 개발되었습니다
이 기술은 광학적 통합 바카라 사이트를 사용합니다기계 학습의 계산을 수행하는 기술입니다 분석 할 다차원 데이터의 전기 신호는 광학적 통합 바카라 사이트의 다른 입력 포트에 입력되고 광학 신호로 변환되며 광학적 통합 바카라 사이트에 통합 된 다수의 광학 간섭계를 통과 할 때 추가로 계산됩니다 계산 결과는 다중 출력 포트의 광강 강도 분포로 출력됩니다
이 기술을 사용하여 전기 바카라 사이트를 통과하지 않고 광학적 통합 바카라 사이트 만 사용하는 신경망 계산이 실현되었습니다 이 신경망 계산에서, 고정 된 매개 변수가있는 광학적 통합 바카라 사이트로 빛을 전파하고 디지털 전자 바카라 사이트와 같은 순차적 인 스위칭이 필요하지 않으므로 전자 바카라 사이트의 천분의 전자 바카라 사이트로 계산할 수 있으며, 전자 바카라 사이트의 전력 소비만으로도 계산이 완료되며 디지털 전자 바카라 사이트와 같은 순차적 인 스위칭은 필요하지 않습니다 또한, 광학 바카라 사이트를 사용하여 전자 바카라 사이트의 고속 10 배의 속도로 클럭 될 수 있으므로 단위 시간당 데이터 처리량도 증가 할 수 있습니다 이러한 기능은이 기술이 디지털 전자 바카라 사이트를 보완합니다AI 가속기에 적용될 것으로 예상됩니다 이 기술의 세부 사항은 2022 년 6 월 30 일 Springer Nature에서 게시 할 수 있습니다Nature Communications"에 발표됩니다
이 연구에서 고안비선형 매핑광학 신경 네트워크 산술 바카라 사이트 유형 및이를 사용하여 꽃잎 모양을 기반으로 홍채의 분류 결과
데이터 센터에서 디지털 방식으로 변형 된 사회에서에지 컴퓨팅, 자율 주행 및 소비자 장치에는 광범위한 AI 처리가 필요합니다 AI 처리 시스템의 규모는 매년 약 10 배 증가했으며, 1,000 억 개의 매개 변수를 가진 초대형 시스템이 이미 등장했습니다 이러한 AI 처리 시스템은 다수의 디지털 컴퓨팅 프로세서에 의해 구성되지만 계산 규모의 확장으로 인해 디지털 컴퓨팅이 크게 증가했습니다 예를 들어, 512 GPU로 구성된 AI 처리 시스템에는 120,000 와트 이상의 전력이 필요합니다 또한, 에지 컴퓨팅, 로봇 제어 및 자율 주행에는 소규모 시스템이 필요하지만 이미지 인식과 같은 AI 처리는 약 밀리 초의 지연을 생성하므로 고속 응답이 필요한 응용 분야에 어려움이 있습니다
최근 몇 년간, 디지털 계산을 사용하지 않고 저전력, 낮은 대기 시간을 소비하며 대량의 데이터를 처리 할 수있는 고 처리량 AI 가속기의 연구 및 개발이 진행되고 있습니다 이 후보 중 하나는 광학적 통합 바카라 사이트를 사용한 광학 신경 네트워크 계산입니다 광학 신경망 계산은 고정 된 매개 변수가있는 광학적 통합 바카라 사이트로 빛을 전파하여 간단히 완료됩니다 디지털 운영과 같은 장치의 전환이 필요하지 않기 때문에 전력 소비가 낮으며 광학적 통합 바카라 사이트 칩을 통해 빛이 전파 될 때 계산이 완료되므로 계산 지연은 매우 작습니다 그러나, 현재 광학 신경 네트워크 산술 바카라 사이트는 광학 신호를 전기 신호로 변환하고 전자 바카라 사이트를 사용하여 디지털 계산을 통해이를 달성하는 하이브리드 구조를 가지고 있으며, 빛을 사용하여 비선형 응답 장치를 통합하기가 어렵 기 때문입니다 따라서 현재 광학 신경망 운영의 장점은 전력 소비 및 계산 지연 측면에서 활용되지 않았습니다 따라서 광학적 통합 바카라 사이트 만 사용하여 신경망 계산을 실현하는 기술 개발에 대한 수요가있었습니다 또한 광학 산술 바카라 사이트의 사전 학습은 대부분 컴퓨터를 사용하여 수행되지만 실제 바카라 사이트에 대한 직접 학습은 자신의 경험을 바탕으로 자율 학습을 위해 필요했습니다
AIST는 차세대 광학적 통합 바카라 사이트 기술인 실리콘 광자 기술을 연구하고 개발하고 있습니다 Silicon Photonics 기술은 실리콘 전자 제조 기술을 기반으로 한 광학적 통합 바카라 사이트 기술이며 우수한 미세 가입, 통합, 경제 및 에너지 절약을 보유하고있어 최근 몇 년 동안 광학적 통합 바카라 사이트의 규모를 증가시키는 데 필수적인 기술입니다 이 기술을 사용하면 광학 신경 네트워크 계산에 필요한 대규모 광학 간섭계 통합 바카라 사이트를 실현할 수 있습니다 또한, 비선형 응답을 전달할 수있는 장치를 실리콘 광자 공학 기술을 사용하여 실현할 수 있다면, 광학적 통합 바카라 사이트 만 사용하여 신경망 계산을 수행 할 수 있습니다 따라서, 실리콘 광학적 통합 바카라 사이트에서 광학 간섭계 장치의 구동 전압에 대한 비선형 성을 사용하여 계산 방법을 구현했으며, 광학적 통합 바카라 사이트 만 사용하여 신경 네트워크 계산을 수행 한 최초의 첫 번째를 시연했습니다
이 연구 및 개발은 국립 과학 기술 연구소 (National Institute of Science and Technology)의 CREST, "새로운 광학 기능 및 광학 특성의 표현 및 활용을 기반으로 한 차세대 포토닉스를위한 기본 기술"(JPMJCR15N4) 및 "정보 운반자를 사용한 통합 장치 시스템"(JPMJCR21C3)의 지원으로 수행되었습니다
이 연구에서는 광학 간섭계 장치의 구동 전압에 비선형 성을 사용하기 위해 비선형 매핑 유형 신경망 계산 방법을 제안했습니다 이 계산 방법에서, 데이터 입력 섹션의 광학 간섭계 장치는 분석 할 데이터의 고차원 효과를 제공합니다광 복합 진폭 공간
이 계산 방법을 확인하기위한 광학적 통합 바카라 사이트는 실리콘 광자 기술을 사용하여 제작되었습니다 그림 1 (a)는 제조 된 바카라 사이트 칩의 사진을 보여주고, 그림 1 (b)는 산술 기능의 평가를 위해 광 섬유와 전기 배선이 장착되는 모듈을 보여줍니다 이 바카라 사이트는 실리콘 도파관 유형입니다Mach-Zehnder 광학 간섭계(MZI)와 기본 요소로 단일 위시프를 갖는 메쉬 구조를 갖습니다 MZI 및 단일 상 시프터는 도파관 근처에 위치한 히터로 만들어집니다열 광학 효과와 함께 작동합니다 이 바카라 사이트의 작동 원리와 관련하여분류 계산예로 분석 할 데이터는 MZI에 전기 신호로 입력되고 광학 신호로 변환됩니다 이 시점에서, 입력 데이터는 MZI의 비선형 응답으로 인해 고차원 복잡한 진폭 공간에 매핑됩니다 입력 섹션을 통과하는 광학 신호는 다음에 따른 제품 합계 섹션을 통과 한 다음 계산에 분류 경계를 제공하는 고차원 평면으로 계산됩니다 최종 분류 계산 결과는 최대 광학 전력을 나타내는 출력 포트의 위치로 표시됩니다 이 계산 원칙의 이미지는 그림에 나와 있습니다
장치의 간섭계 매개 변수 설정은 기계 학습에 의해 수행되었습니다 학습을 위해박테리아 위조 최적화 알고리즘 (BFO)또는전파 전파 알고리즘 (FP)를 사용하여 실제 바카라 사이트 기계에서 직접 학습을 수행했습니다 외부 컴퓨터를 사용한 사전 학습과 달리 바카라 사이트 기계를 사용한 직접 학습은 사용자가 자신의 경험을 향상시킬 수있는 기술 이며이 연구의 주요 결과 중 하나입니다
이 바카라 사이트를 사용한 작업의 예로서, Iris Flower Classification이라는 분류 계산을위한 벤치 마크 결과는 그림에 나와 있습니다 이 분류 계산 벤치 마크는 홍채의 꽃잎 크기의 홍채 유형을 결정합니다 이 그림의 수평 축은 샘플 번호를 나타내지 만 샘플 번호 1-30, 31-60 및 61-90에는 세 가지 유형의 홍채가 할당됩니다 (세토 사 종, versicolor 종 및 Virginica 종) 수직 축은이 바카라 사이트의 8 개의 출력 포트를 보여 주며, 1, 3 및 5 개의 포트가 세 가지 유형의 홍채에 할당됩니다 (포트 1은 세토 사 종, 포트 3은 versicolor 종이며 포트 5는 Virginica 종)입니다 최대 광학 전력을 제공하는 포트가 각 아이리스 종에 할당 된 포트와 일치하는 경우 분류 결과가 정확합니다 (그림 3의 가장 오른쪽 다이어그램 참조) 학습 전에 샘플 번호와 출력 포트의 광학력 사이에는 상관 관계가 없으며 분류는 불가능하지만 90 개의 샘플을 학습 한 후에는 약 94%의 정답 속도로 분류가 가능합니다 또한, 학습에 사용되지 않은 60 개의 샘플도 분류되어 정답이 약 97%입니다
분류 작업의 처리 시간은 광이 광학적 통합 바카라 사이트를 통과하는 시간이지만이 경우 100 피코 초 미만, 디지털 전자 바카라 사이트 작동의 약 1 천 분의 1입니다 또한 바카라 사이트 매개 변수를 설정하는 데 필요한 히터 전력은 대략 360 milliwatts였으며, 이는 또한 디지털 전자 바카라 사이트 작동의 10 분의 1이었다 또한, 느린 응답 히터 시스템에서 수십 개의 GHz에서 작동 할 수있는 PN 접합 유형 고속 실리콘 광 변조기로 데이터 입력에 대한 간섭계를 변경함으로써, 원칙적으로 초당 수십억 번의 고 처리량 계산을 수행 할 수있을 것으로 예상됩니다
그림 1 (a) 신경망 계산을위한 실리콘 광학 통합 바카라 사이트 (b) 평가 장착 모듈
(그림 (a)은Nature Communications잡지의 일본 편집 그림 게시)
그림 2 비선형 매핑을 사용한 분류 계산 이미지
그림 3 irise의 꽃잎 모양에 따른 꽃 종 분류 계산에 대한 벤치 마크 결과 결과 설명의 다이어그램은 학습 후 결과를 기반으로 최대 값을 제공 한 출력 포트를 보여줍니다
(중간의 그림은Nature Communications잡지에 게시 된 일본 편집 그림)
향후, 우리는 산술 바카라 사이트의 규모를 늘리고보다 복잡한 계산에 대한 적용 가능성을 확인하고 학습 기능의 처리량 및 통합을 늘릴 계획이며, 고속 입력 광학 모듈러기 및 수신기, 장치 구동 및 학습 제어를위한 전자 바카라 사이트를 구현할 계획입니다 또한 이번에 제안 된 비선형 매핑 유형 계산 방법을 기반으로, 우리는 재귀 바카라 사이트를 제공함으로써 일반 목적 데이터 전처리 및 시간 파형 인식과 같은 더 넓고 실용적인 응용 프로그램의 호환성을 진행할 계획이다
게시 된 잡지 :자연 커뮤니케이션
논문 제목 : 투영 가능 비선형 분류를위한 실리콘 광자 바카라 사이트에서 온칩 박테리아 구조 훈련
저자 : Guangwei Cong, Noritsugu Yamamoto, Takashi Inoue, Yuriko Maegami, Morifumi Ohno, Shoota Kita, Shu Namiki 및 Koji Yamada