Pokročilá fotonika klepe na dveře. Výzkumný tým americké University of Pennsylvania vyvinul výkonný optický čip, který dovede zpracovat 2 miliardy obrázků za sekundu. Klíčovým prvkem čipu je přitom fotonická neurální síť, která zpracovává informaci v podobě světelných impulzů. Tím pádem nepotřebuje některé komponenty, které zpomalují provoz tradiční elektroniky.

Neurální síť je systém, jehož design je inspirovaný tím, jak informaci zpracovává biologický mozek. Jde o síť, jejíž uzly jsou propojené jako neurony. Neurální síť se dokonce může učit podobným způsobem jako organický mozek – trénováním na souborech dat, která souvisejí s účelem, pro který je neurální síť cvičena. Mohou to být série obrázků nebo třeba slova ve zvukovém záznamu řeči. Takto cvičená neurální síť se ve své práci postupně zlepšuje.

 

Nový optický čip nevyužívá tradiční elektrické signály, ale zpracovává informaci nesenou světelnými pulsy. Použitá neurální síť obsahuje neurony v podobě optických drátků. Jsou uspořádané ve více vrstvách, z nichž každá se věnuje specifické části řešení úloh, pro které byl čip navržen.

Vedoucí výzkumného týmu Firooz Aflatouni a jeho kolegové vyrobili prototyp čipu o velikosti 9,3 milimetrů čtverečních. Poté mu dali za úkol rozlišovat ručně psané znaky, které připomínaly písmena. Po výcviku na vhodných souborech dat byl tento čip schopný klasifikovat znaky s přesností 93,8 procent pro soubory se dvěma typy znaků a s přesností 89,8 procent pro soubory se čtyřmi typy znaků.

 

Největší pozornost přitom vzbudila rychlost, s jakou to tento čip umí. Dokáže klasifikovat jeden znak v průměru za 0,57 nanosekundy. Díky tomu by teoreticky mohl zpracovat 1,75 miliard obrázků symbolů. Podle badatelů jde o důsledek použití fotonické technologie, která je prostě rychlejší než konvenční elektronika. Jak říká Aflatouni, jejich čip zpracovává informaci s „výpočty prostřednictvím šíření“ (computation-by-propagation), kdy se výpočty odehrávají během šíření světla čipem. Výhodou je i to, že čip nekonvertuje světlo na elektronické signály a naopak, protože dokáže pracovat přímo se světelnými signály. Rovněž nepotřebuje paměť, takže se nezdržuje s její obsluhou.

 

Literatura

New Atlas 7. 6. 2022.

Nature online 1. 6. 2022.