Лучше любого компьютера: инженеры создали мозгоподобный чип, работающий со скоростью света

Ученые из США разработали оптический чип, который своей структурой похож на человеческий мозг. Об этом сообщается на сайте Пенсильванского университета.

В основе устройства лежит нейронная сеть, которая состоит из специальных узлов, напоминающих мозговые клетки — нейроны. Благодаря этому чип имитирует работу головного мозга и даже обучается на наборах данных, почти как живое существо. Вместо полупроводниковых микросхем он использует для передачи информации оптоволокна, а потому работает значительно производительнее обычных компьютеров, ведь свет быстрее электричества. Оптический чип может выполнить всю процедуру классификации изображения за 0.57 наносекунды, а традиционные цифровые машины за это время успевают выполнить только одну процедуру.

Многие системы искусственного интеллекта, имитирующие работу мозга, основаны на искусственных нейронных сетях с аналогами нейронов, которые после обучения на изображениях или других данных используются для распознавания или классификации новых точек данных. Обычно нужные изображения сначала формируется на специальном датчике, например, в камере смартфона, затем преобразовывается в электрические сигналы и двоичный код, который "понимают" компьютеры.

Современные чипы для классификации изображений могут выполнять миллиарды операций в секунду, что делает их достаточно быстрыми для приложений искусственного интеллекта, предназначенных для распознавания объектов. Скорость их работы ограничена тактовой частотой обновления процессора, где все вычисления производятся последовательно.

Исследователи из Пенсильванского университета использовали световые сигналы чтобы устранить главные ограничения компьютеров: преобразование оптических сигналов в электрические, преобразования входных данных в двоичный формат, крупный модуль памяти и вычисления по расписанию. Они добились этого за счет прямой обработки света, полученного от интересующего объекта, с помощью оптической глубокой нейронной сети, реализованной на чипе площадью 9,3 квадратных миллиметра.

"Когда современные компьютерные чипы обрабатывают электрические сигналы, они часто пропускают их через графический процессор, который требует места и энергии. Нашему чипу не нужно хранить информацию, что устраняет необходимость в большом блоке памяти. Устраняя блок памяти, в котором хранятся изображения, мы также повышаем конфиденциальность данных. С чипами, которые считывают данные изображения напрямую, нет необходимости в хранении фотографий, и поэтому утечка данных не происходит", — объяснил доцент Фируз Афлатуни.

Для понимания скорости чипа, он привел в пример обычную скорость воспроизведения фильмов — от 24 до 120 кадров в секунду. Устройство же способно обрабатывать почти 2 млрд кадров в секунду. Ученые предложили решение задач, требующих вычислений "со скоростью света", таких как распознавание лиц, автоматическое обнаружение текста на фотографиях или помощь беспилотным автомобилям в поиске препятствий. Впрочем, по словам Афлатуни, некоторые приложения еще какое-то время будут недоступны человечеству даже с такой мощной технологией.

"Хотя классификация изображений является одной из первых областей исследования этого чипа, я очень рад видеть, как он будет использоваться, возможно, вместе с цифровыми платформами, для ускорения различных типов вычислений", — подытожил он.

Ранее в США создали сверхмощный чип Prodigy, который может заменить три важных процессора. Благодаря 128 ядрам, он развивает тактовую частоту до 5,7 ГГц, тратя при этом довольно мало энергии.