Forscher der University of Pennsylvania haben einen leistungsstarken neuen optischen Chip entwickelt, der fast 2 Milliarden Bilder pro Sekunde verarbeiten kann. Das Gerät besteht aus einem neuronalen Netzwerk, das Informationen wie Licht verarbeitet, ohne dass Komponenten erforderlich sind, die traditionelle Computerchips wie Speicher verlangsamen.
Der neue Chip basiert auf einem neuronalen Netzwerk, einem System, das modelliert, wie das Gehirn Informationen verarbeitet. Solche Netzwerke bestehen aus Knoten, die wie Neuronen miteinander verbunden sind, und sie lernen sogar wie ein organisches Gehirn, indem sie aus Datensätzen lernen, z. B. Objekte in Bildern oder Wörter in Sprache erkennen. Mit der Zeit werden sie bei diesen Aufgaben besser.
Doch statt elektrischer Signale verarbeitet der neue Chip Informationen in Form von Licht. Als Neuronen verwendet er optische Drähte, die in mehreren Schichten gestapelt sind, von denen jede auf eine bestimmte Art der Klassifikation spezialisiert ist.
Beim Testen stellte das Team einen 9,3 mm2 großen Chip her und verwendete ihn, um eine Reihe von handgeschriebenen, buchstabenähnlichen Zeichen zu klassifizieren.
Nach dem Training mit den entsprechenden Datensätzen war der Chip in der Lage, Bilder mit einer Genauigkeit von 93,8 % für Sätze mit zwei Zeichentypen und mit einer Genauigkeit von 89,8 % für vier Zeichentypen zu klassifizieren.
Am beeindruckendsten war, dass der Chip jedes Zeichen in 0,57 Nanosekunden klassifizieren konnte, wodurch er 1,75 Milliarden Bilder pro Sekunde verarbeiten konnte.
Das Wissenschaftlerteam sagt, dass diese Geschwindigkeit auf die Fähigkeit des Chips zurückzuführen ist, Informationen wie Licht zu verarbeiten, was ihm mehrere Vorteile gegenüber bestehenden Computerchips verschafft.
Unser Chip verarbeitet Informationen mithilfe der sogenannten Ausbreitungsberechnung. Das bedeutet, dass im Gegensatz zu uhrbasierten Systemen die Berechnungen stattfinden, während Licht durch den Chip fällt“, sagte Firuz Aflatuni, Hauptautor der Studie.
Wir überspringen auch den optisch-elektrischen Umwandlungsschritt, da unser Chip optische Signale direkt lesen und verarbeiten kann, und beide Änderungen machen unseren Chip zu einer viel schnelleren Technologie.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die zu verarbeitenden Informationen nicht gespeichert werden müssen, was auch Zeit spart, da keine Daten an den Speicher gesendet werden müssen, da überhaupt kein Speicherbaustein erforderlich ist.
Die Wissenschaftler sagen, dass das Nichtspeichern von Daten auch sicherer ist, da es mögliche Lecks verhindert.
Die nächsten Schritte des Forschungsteams werden die Skalierung des Chips und die Anpassung der Technologie an andere Datentypen sein.
Das wirklich Interessante an dieser Technologie ist, dass sie viel mehr kann, als nur Bilder zu klassifizieren“, sagte Aflatuni.
Wir wissen bereits, wie man viele Datentypen in den elektrischen Bereich umwandelt – Bilder, Audio, Sprache und viele andere Datentypen. Wir können jetzt verschiedene Arten von Daten in den optischen Bereich umwandeln und sie mit dieser Technologie fast sofort verarbeiten.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
2022-06-08 11:45:56
Autor: Vitalii Babkin