Makalah baru mendemonstrasikan penggunaan struktur fotonik untuk AI
Ai

Makalah baru mendemonstrasikan penggunaan struktur fotonik untuk AI


Ilustrasi yang menunjukkan pemrosesan konvolusional paralel menggunakan inti tensor fonetik terintegrasi. Penelitian baru yang diterbitkan minggu ini di jurnal Nature meneliti potensi prosesor fotonik untuk aplikasi kecerdasan buatan. Kredit: XVIVO

Saat kita memasuki bab selanjutnya dari era digital, lalu lintas data terus tumbuh secara eksponensial. Untuk lebih meningkatkan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin, komputer akan membutuhkan kemampuan untuk memproses data dalam jumlah besar secepat dan seefisien mungkin.

Metode komputasi konvensional tidak sesuai dengan tugasnya, tetapi dalam mencari solusi, para peneliti telah melihat cahaya — secara harfiah.

Prosesor berbasis cahaya, yang disebut prosesor fotonik, memungkinkan komputer menyelesaikan kalkulasi kompleks dengan kecepatan luar biasa. Penelitian baru diterbitkan minggu ini di jurnal Alam memeriksa potensi prosesor fotonik untuk aplikasi kecerdasan buatan. Hasilnya menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa perangkat ini dapat memproses informasi dengan cepat dan paralel, sesuatu yang tidak dapat dilakukan chip elektronik saat ini.

“Jaringan saraf ‘belajar’ dengan mengambil set data yang sangat besar dan mengenali pola melalui serangkaian algoritme,” jelas Nathan Youngblood, asisten profesor teknik listrik dan komputer di Fakultas Teknik Universitas Pittsburgh Swanson dan penulis pendamping. “Prosesor baru ini akan memungkinkannya menjalankan beberapa kalkulasi pada saat yang sama, menggunakan panjang gelombang optik yang berbeda untuk setiap kalkulasi. Tantangan yang ingin kami tangani adalah integrasi: Bagaimana kami dapat melakukan komputasi menggunakan cahaya dengan cara yang dapat diskalakan dan efisien?”

Pemrosesan yang cepat dan efisien yang dicari para peneliti sangat ideal untuk aplikasi seperti kendaraan tanpa pengemudi, yang perlu memproses data yang mereka rasakan dari berbagai input secepat mungkin. Prosesor fotonik juga dapat mendukung aplikasi dalam komputasi awan, pencitraan medis, dan lainnya.

“Prosesor berbasis cahaya untuk mempercepat tugas di bidang pembelajaran mesin memungkinkan tugas matematika yang kompleks untuk diproses pada kecepatan dan hasil yang tinggi,” kata rekan penulis senior Wolfram Pernice di Universitas Münster. “Ini jauh lebih cepat daripada chip konvensional yang mengandalkan transfer data elektronik, seperti kartu grafis atau perangkat keras khusus seperti TPU (Tensor Processing Unit).”

Penelitian ini dilakukan oleh tim peneliti internasional, termasuk Pitt, Universitas Münster di Jerman, Universitas Oxford dan Exeter di Inggris, École Polytechnique Fédérale (EPFL) di Lausanne, Swiss, dan Laboratorium Penelitian IBM di Zurich.

Para peneliti menggabungkan material pengubah fase — material penyimpanan yang digunakan, misalnya, pada DVD — dan struktur fotonik untuk menyimpan data dengan cara yang tidak mudah menguap tanpa memerlukan suplai energi terus-menerus. Studi ini juga yang pertama menggabungkan sel memori optik dengan sisir frekuensi berbasis chip sebagai sumber cahaya, yang memungkinkan mereka menghitung pada 16 panjang gelombang berbeda secara bersamaan.

Dalam makalah tersebut, para peneliti menggunakan teknologi untuk membuat jaringan saraf konvolusional yang akan mengenali angka tulisan tangan. Mereka menemukan bahwa metode tersebut memberikan kecepatan data dan kepadatan komputasi yang belum pernah dilihat sebelumnya.

“Operasi konvolusional antara data masukan dan satu atau lebih filter — yang dapat menjadi sorotan tepi pada foto, misalnya — dapat ditransfer dengan sangat baik ke arsitektur matriks kami,” kata Johannes Feldmann, mahasiswa pascasarjana di Universitas Münster dan penulis utama studi ini. “Memanfaatkan cahaya untuk pemindahan sinyal memungkinkan prosesor untuk melakukan pemrosesan data paralel melalui penggandaan panjang gelombang, yang mengarah ke kepadatan komputasi yang lebih tinggi dan banyak perkalian matriks yang dilakukan hanya dalam satu langkah. Berbeda dengan elektronik tradisional, yang biasanya bekerja di frekuensi rendah GHz jangkauan, kecepatan modulasi optik dapat dicapai dengan kecepatan hingga rentang 50 hingga 100 GHz. ”

Makalah, “Pemrosesan konvolusi paralel menggunakan inti tensor fotonik terintegrasi,” diterbitkan di Alam dan ditulis bersama oleh Johannes Feldmann, Nathan Youngblood, Maxim Karpov, Helge Gehring, Xuan Li, Maik Stappers, Manuel Le Gallo, Xin Fu, Anton Lukashchuk, Arslan Raja, Junqiu Liu, David Wright, Abu Sebastian, Tobias Kippenberg, Wolfram Pernice, dan Harish Bhaskaran.


Unit pemrosesan berbasis foton memungkinkan pembelajaran mesin yang lebih kompleks


Informasi lebih lanjut:
J. Feldmann dkk. Pemrosesan konvolusional paralel menggunakan inti tensor fotonik terintegrasi, Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41586-020-03070-1

Disediakan oleh University of Pittsburgh

Kutipan: Pembelajaran mesin dengan kecepatan cahaya: Makalah baru mendemonstrasikan penggunaan struktur fotonik untuk AI (2021, 6 Januari), diakses 6 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-machine-paper-photonic-ai .html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Toto SGP