【光学前沿】为什么说光子计算是加速人工智能的新型硬件系统？
在人工智能的快速发展中，对计算速度和功耗的要求日益严格。光子计算作为一种新兴技术，以其独特的优势在这一领域崭露头角。本文将探讨光子计算如何利用光子作为信息载体，为传统电子计算提供部分替代方案，并重点介绍一项突破性研究，该研究通过并行边缘提取策略显著提高了光子卷积神经网络的计算速度。
一、光子计算的潜力
光子计算利用光子在信息处理中的超低功耗特性，理论上能提供高达几太赫兹的更高带宽。这种技术的优势在于其高速和低能耗的特性，尽管实际应用受到大规模集成和硅光子学工业的限制。然而，随着技术的进步，这些挑战正在被逐步克服。
二、并行边缘提取策略
最近，Ouyang等人的研究表明，通过在3×3十字微环谐振器阵列上实现光子复用架构，可以依靠硅光子学实现光子卷积神经网络图像的并行边缘提取。这项技术能够在不增加硬件比例和功耗的情况下，同时处理四个特征映射的并行边缘提取，实现4倍的卷积计算加速。
三、性能指标
该微环谐振器阵列芯片的最大计算能力达到了0.742TOPS，能量成本仅为48.6mW，卷积精度高达95.1%。通过使用并行边缘提取算子代替通用算子，CIFAR-10数据集的图像识别精度提高了6.2%，最高可达78.7%。
四、光子卷积神经网络的性能
研究人员进一步分析了光子卷积神经网络在硅光子芯片上的性能。这包括训练期间的准确性和损失，以及CIFAR-10分类的混淆矩阵。这些分析结果表明，光子卷积神经网络在图像识别任务中表现出色。
这项研究不仅展示了一种利用微环谐振器阵列作为主处理器的硅光子计算芯片，而且通过并行边缘提取策略显著加速了光子卷积神经网络。这项工作为在硬件规模有限的情况下提高光子芯片的计算速度奠定了重要的基础，为人工智能领域提供了一种新的硬件加速方案。
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2024-12-04
