Команда исследователей из Хуачжунского университета науки и технологий (HUST) и Шанхайского университета Цзяо Тун продемонстрировала замечательную новую парадигму фотонного вычисления: программируемые трехмерные нейронные сети, записанные непосредственно внутри стекла с помощью сверхбыстрых лазеров. Эта работа, опубликованная под архитектурным названием LAMP — сокращение от Lantern-shaped Adaptive Multifunctional Photonic computing (Адаптивные многофункциональные фотонные вычисления в форме фонаря) — может указать путь к высокоразмерному выводу искусственного интеллекта и обработке сигналов, оставляя электронные чипы далеко позади.
Фотонные вычисления заменяют электроны фотонами в качестве носителя информации. Свет распространяется быстрее электрических сигналов, выделяет гораздо меньше тепла и — что крайне важно — поддерживает параллельное кодирование данных по нескольким физическим измерениям, таким как длина волны, фаза и поляризация одновременно. Это делает фотонику естественным выбором для рабочих нагрузок, связанных с матричным умножением, которые доминируют в современном искусственном интеллекте. Узким местом всегда была программируемость: большинство фотонных чипов изготавливаются как статичные схемы, жестко запрограммированные для одной задачи и затем зафиксированные в кремнии.
Архитектура LAMP разрушает это ограничение. Используя прямое письмо фемтосекундным лазером — сверхкороткими импульсами, которые изменяют показатель преломления стекла в микроскопическом масштабе — команда выгравировала сложные трехмерные волноводные структуры непосредственно в стеклянной подложке. Эти волноводные решетки формируют фотонную нейронную сеть, соединения которой могут быть оптически переконфигурированы, что позволяет одному и тому же физическому чипу выполнять различные задачи вывода без каких-либо изменений в базовом оборудовании.
Почему стекло? Этот материал обеспечивает исключительную оптическую прозрачность, термическую стабильность и механическую жесткость — все это критически важно для направления фотонов с минимальными потерями по сложным 3D-траекториям. И поскольку процесс записи является вычитающим только на этапе изготовления (лазер изменяет стекло изнутри, оставляя поверхность нетронутой), конечное устройство представляет собой монолитный блок прозрачного материала без движущихся частей и многослойной сборки.
Последствия весьма значительны. Высокоразмерные данные — гипермерные векторы, многоканальное слияние датчиков, спектральная визуализация — могут обрабатываться непосредственно на чипе без необходимости их сведения к 1D-представлениям, как того требует традиционная электроника. Исследователи, возглавляемые профессором Чжан Синьляном и профессором Дун Цзяньцзи из HUST совместно с профессором Тан Хао из SJTU, видят применение в ускорении вывода ИИ, оптической обработке сигналов в реальном времени и фотонных нейронных сетях нового поколения, которые могут работать на скоростях и с энергоэффективностью, недостижимыми для CMOS.
Хотя коммерческое внедрение остается делом нескольких лет — фемтосекундное лазерное изготовление медленно и дорого в больших масштабах — архитектура LAMP доказывает, что программируемые трехмерные фотонные вычисления внутри стекла не только возможны, но и практичны. Это своего рода фундаментальный прорыв, который переписывает дорожную карту того, как может выглядеть чип ИИ.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Pandaily
