뇌와 같은 광학 칩은 초당 거의 20억 개의 이미지를 처리합니다.

펜실베니아 대학의 연구원들은 초당 거의 20억 개의 이미지를 처리할 수 있는 강력한 새 광학 칩을 개발했습니다. 이 장치는 메모리와 같은 기존 컴퓨터 칩을 느리게 하는 구성 요소 없이 빛과 같은 정보를 처리하는 신경망으로 구성됩니다.

새로운 칩은 뇌가 정보를 처리하는 방식을 모델링하는 시스템인 신경망을 기반으로 합니다. 이러한 네트워크는 뉴런처럼 상호 연결되는 노드로 구성되며, 이미지의 개체 또는 음성의 단어를 인식하는 것과 같은 데이터 집합에서 학습하는 유기적인 두뇌처럼 학습합니다. 시간이 지남에 따라 이러한 작업을 더 잘 수행합니다.

그러나 새로운 칩은 전기 신호 대신 빛의 형태로 정보를 처리합니다. 뉴런으로서 그는 여러 층으로 쌓인 광학 와이어를 사용하며, 각 층은 특정 유형의 분류에 특화되어 있습니다.

테스트에서 팀은 9.3mm2 칩을 제작하여 다양한 필기체 문자를 분류하는 데 사용했습니다.

적절한 데이터 세트에 대한 교육 후 칩은 2개의 문자 유형을 포함하는 세트에 대해 93.8% 정확도, 4개 문자 유형에 대해 89.8% 정확도로 이미지를 분류할 수 있었습니다.

가장 인상적인 것은 이 칩이 0.57나노초 만에 각 문자를 분류할 수 있어 초당 17억 5천만 개의 이미지를 처리할 수 있다는 것입니다.

과학자 팀은 이 속도가 빛과 같은 정보를 처리하는 칩의 능력으로 인해 기존 컴퓨터 칩에 비해 몇 가지 이점이 있다고 말합니다.

당사 칩은 전파 계산이라고 하는 것을 사용하여 정보를 처리합니다. 이것은 시계 기반 시스템과 달리 빛이 칩을 통과할 때 계산이 발생한다는 것을 의미합니다.”라고 연구의 주저자인 Firuz Aflatuni가 말했습니다.

우리는 또한 우리 칩이 광 신호를 직접 읽고 처리할 수 있기 때문에 광-전기 변환 단계를 건너뛰고 이러한 두 가지 변화 모두 우리 칩을 훨씬 더 빠른 기술로 만듭니다.

또 다른 장점은 처리 중인 정보를 저장할 필요가 없고 메모리 구성 요소가 전혀 필요하지 않기 때문에 데이터를 메모리로 보낼 필요가 없기 때문에 시간도 절약된다는 것입니다.

과학자들은 데이터를 저장하지 않는 것이 잠재적인 누출을 방지하기 때문에 더 안전하다고 말합니다.

연구팀의 다음 단계는 칩을 확장하고 기술을 적용하여 다른 유형의 데이터를 처리하는 것입니다.

이 기술에서 정말 흥미로운 점은 이미지를 분류하는 것 이상을 할 수 있다는 것입니다.”라고 Aflatuni가 말했습니다.

우리는 이미 많은 유형의 데이터를 전기 영역(이미지, 오디오, 음성 및 기타 여러 유형의 데이터)으로 변환하는 방법을 알고 있습니다. 이제 이 기술을 통해 다양한 유형의 데이터를 광학 영역으로 변환하고 거의 즉시 처리할 수 있습니다.

이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.

작가: Vitalii Babkin