Краще за будь-який комп'ютер: інженери створили мозкоподібний чип, що працює зі швидкістю світла

Вчені із США розробили оптичний чіп, який своєю структурою схожий на людський мозок. Про це повідомляється на сайті Пенсільванського університету.

В основі пристрою лежить нейронна мережа, яка складається зі спеціальних вузлів, що нагадують мозкові клітини — нейрони. Завдяки цьому чип імітує роботу головного мозку і навіть навчається на наборах даних майже як жива істота. Замість напівпровідникових мікросхем він використовує для передачі інформації оптоволокна, а тому працює значно продуктивніше за звичайні комп'ютери, адже світло швидше за електрику. Оптичний чип може виконати всю процедуру класифікації зображення за 0.57 наносекунди, а традиційні цифрові машини цей час встигають виконати лише одну процедуру.

Багато систем штучного інтелекту, що імітують роботу мозку, засновані на штучних нейронних мережах з аналогами нейронів, які після навчання на зображеннях або інших даних використовуються для розпізнавання чи класифікації нових точок даних. Зазвичай потрібні зображення спочатку формується на спеціальному датчику, наприклад, у камері смартфона, потім перетворюється на електричні сигнали та двійковий код, який "розуміють" комп'ютери.

Сучасні чипи для класифікації зображень можуть виконувати мільярди операцій у секунду, що робить їх досить швидкими для додатків штучного інтелекту, призначених для розпізнавання об'єктів. Швидкість їх роботи обмежена тактовою частотою оновлення процесора, де обчислення проводяться послідовно.

Дослідники з Пенсільванського університету використовували світлові сигнали для усунення основних обмежень комп'ютерів: перетворення оптичних сигналів в електричні, перетворення вхідних даних у двійковий формат, великий модуль пам'яті та обчислення за розкладом. Вони досягли цього шляхом прямої обробки світла, отриманого від об'єкта, що цікавить, за допомогою оптичної глибокої нейронної мережі, реалізованої на чипі площею 9,3 квадратних міліметрів.

"Коли сучасні комп'ютерні чипи обробляють електричні сигнали, вони часто пропускають їх через графічний процесор, який вимагає місця та енергії. Нашому чипу не потрібно зберігати інформацію, що усуває необхідність у великому блоці пам'яті. Усуваючи блок пам'яті, в якому зберігаються зображення, ми також підвищуємо конфіденційність даних. З чипами, які зчитують дані зображення безпосередньо, нема потреби зберігати фотографії, і тому витік даних не відбувається", — пояснив доцент Фіруз Афлатуні.

Для розуміння швидкості чипа він навів у приклад звичайну швидкість відтворення фільмів — від 24 до 120 кадрів в секунду. Пристрій здатний обробляти майже 2 млрд кадрів на секунду. Вчені запропонували розв'язання завдань, що вимагають обчислень "зі швидкістю світла", таких як розпізнавання облич, автоматичне виявлення тексту на фотографіях або допомогу безпілотним автомобілям у пошуку перешкод. Втім, за словами Афлатуні, деякі програми ще якийсь час будуть недоступні людству навіть із такою потужною технологією.

"Хоча класифікація зображень є однією з перших областей дослідження цього чипа, я дуже радий бачити, як його використовуватимуть, можливо, разом із цифровими платформами, для прискорення різних типів обчислень", — підсумував він.

Раніше в США створили надпотужний чип Prodigy, який може замінити три важливі процесори. Завдяки 128 ядрам він розвиває тактову частоту до 5,7 ГГц, витрачаючи водночас досить мало енергії.