في العصر الرقمي اليوم ، أصبحت المهام الحسابية معقدة بشكل متزايد. وقد أدى هذا بدوره إلى نمو هائل في الطاقة التي تستهلكها أجهزة الكمبيوتر الرقمية. وبالتالي ، من الضروري تطوير موارد الأجهزة التي يمكنها أداء الحوسبة على نطاق واسع بطريقة سريعة وموفرة للطاقة.
في هذا الصدد، أجهزة الكمبيوتر الضوئيةالتي تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء لإجراء العمليات الحسابية ، تعتبر واعدة. يمكن أن توفر وقت استجابة أقل واستهلاك أقل للطاقة ، والاستفادة من التوازي أنظمة بصرية لديك. نتيجة لذلك ، اكتشف الباحثون تصميمات مختلفة للحوسبة الضوئية.
على سبيل المثال ، الانكسار البصري شبكة تم تصميمه من خلال مزيج من البصريات والتعلم العميق لأداء المهام الحسابية المعقدة بصريًا مثل تصنيف الصور وإعادة البناء. وهو يتألف من كومة من طبقات الانعراج المهيكلة ، ولكل منها الآلاف من السمات / الخلايا العصبية الانعكاسية. تُستخدم هذه الطبقات المنفعلة للتحكم في تفاعلات المادة الضوئية لتعديل ضوء الإدخال وإنتاج المخرجات المرغوبة. يقوم الباحثون بتدريب شبكة الانعراج عن طريق تحسين ملف تعريف هذه الطبقات باستخدام التعلم العميق أدوات. بعد تصنيع التصميم الناتج ، يعمل هذا الإطار كوحدة معالجة بصرية قائمة بذاتها لا تتطلب سوى مصدر إضاءة الإدخال ليتم تشغيله.
حتى الآن ، نجح الباحثون في تصميم شبكات انعراج أحادية اللون (إضاءة أحادية الطول الموجي) لتنفيذ مخطط خطي واحد. تحول (ضرب المصفوفة). ولكن هل من الممكن تنفيذ العديد من التحولات الخطية في وقت واحد؟ لقد عالجت المجموعة البحثية نفسها بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس التي قدمت لأول مرة الشبكات الضوئية الانعراجية هذا السؤال مؤخرًا. في دراسة حديثة نشرت في الضوئيات المتقدمة، لقد استخدموا مخطط تعدد إرسال الطول الموجي في شبكة بصرية انحراف وأظهروا جدوى استخدام انكسار عريض النطاق المعالج لأداء عمليات تحويل خطي متوازية بشكل كبير.
يصف البروفيسور أيدوغان أوزكان ، رئيس جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، رئيس مجموعة البحث في كلية سامويلي للهندسة ، بإيجاز بنية هذا المعالج البصري ومبادئه: "يحتوي المعالج البصري الانكساري عريض النطاق على مدخلات ومخرجات مجال الرؤية باستخدام Ni وNo بكسل ، على التوالي. وهي متصلة ببعضها البعض من خلال طبقات الانكسار الهيكلية المتعاقبة ، والمصنوعة من مواد سالبة النواقل. مجموعة محددة مسبقًا من N.w الأطوال الموجية المنفصلة تشفر معلومات الإدخال والإخراج. كل طول موجي مخصص لوظيفة هدف فريدة أو تحويل خطي ذو قيمة معقدة ، "يشرح.
"يمكن تخصيص هذه التحويلات المستهدفة على وجه التحديد لوظائف متميزة مثل تصنيف الصور وتقسيمها ، أو يمكن تخصيصها لحساب عمليات مرشح تلافيفي مختلفة أو طبقات متصلة بالكامل في شبكة عصبية. يتم تنفيذ كل هذه التحولات الخطية أو الوظائف المطلوبة في وقت واحد بسرعة الضوء ، حيث يتم تخصيص كل وظيفة مطلوبة بطول موجة فريد. وهذا يسمح للمعالج البصري واسع النطاق بالحساب مع أقصى إنتاجية وتوازي. "
أظهر الباحثون أن تصميم المعالج البصري ذي الطول الموجي المتعدد يمكن أن يقارب Nw تحويلات خطية فريدة مع خطأ ضئيل عندما يكون العدد الإجمالي لخصائص الانعراج N أكبر من أو يساوي 2NwNiNo. تم تأكيد هذا الاستنتاج لـ Nw > 180 تحولات متميزة من خلال المحاكاة العددية وصالحة للمواد ذات خصائص تشتت مختلفة. علاوة على ذلك ، فإن استخدام N أكبر (3NwNiNo) زيادة نw بالإضافة إلى حوالي 2000 تحويل فريد يتم تنفيذها جميعًا بصريًا بالتوازي.
فيما يتعلق بآفاق تصميم الحوسبة الجديد هذا ، يقول أوزكان ، "مثل هذه المعالجات الانكسارية المتوازية بشكل كبير ومتعددة الطول الموجي ستكون مفيدة في تصميم أنظمة رؤية آلية ذكية عالية الإنتاجية ومعالجات فائقة الطيف ، ويمكن أن تلهم العديد من التطبيقات في مختلف المجالات ، بما في ذلك التصوير الطبي الحيوي ، الاستشعار عن بعد والكيمياء التحليلية وعلوم المواد ".
المصدر يحسب معالج الانكسار المصمم بالتعلم العميق مئات التحولات بالتوازي
