نورون لیزری انقلاب در پردازش داده های هوش مصنوعی

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری بیگ نیوز محققان موفق به طراحی یک نورون مصنوعی مبتنی بر لیزر شده اند که تمامی عملکردها دینامیک ها و پردازش های اطلاعاتی یک نورون بیولوژیکی را شبیه سازی می کند.

این نورون مصنوعی با سرعت پردازش سیگنال ۱۰ گیگابائود یک میلیارد برابر سریع تر از نمونه های طبیعی خود می تواند پیشرفت های چشمگیری در حوزه هایی مانند هوش مصنوعی و محاسبات پیشرفته به همراه داشته باشد.

در بدن انسان نورون های مختلفی وجود دارند که از جمله آن ها نورون های گریدی هستند. این نورون ها اطلاعات را از طریق تغییرات پیوسته در پتانسیل غشایی پردازش می کنند و امکان پردازش سیگنال های دقیق و ظریف را فراهم می آورند.

در مقابل نورون های بیولوژیکی اسپایکینگ اطلاعات را به صورت پتانسیل های عمل “همه یا هیچ” منتقل می کنند که نوعی ارتباط دودویی محسوب می شود.

به گفته «چارون هوانگ» رهبر تیم تحقیقاتی از دانشگاه چینی هنگ کنگ: «نورون گریدی لیزری ما بر محدودیت های سرعت نورون های اسپایکینگ فوتونیکی فعلی غلبه کرده و پتانسیل عملکرد با سرعتی حتی بالاتر را داراست. با بهره گیری از دینامیک های غیرخطی مشابه نورون و پردازش سریع ما یک سیستم محاسباتی مبتنی بر مخزن ساختیم که عملکردی استثنایی در وظایف هوش مصنوعی مانند شناسایی الگو و پیش بینی توالی ارائه می دهد.»

این محققان در مجله Optica گزارش دادند که نورون لیزری مبتنی بر نقاط کوانتومی آن ها توانسته است به سرعت پردازش سیگنال ۱۰ گیگابائود دست یابد. این فناوری قادر به پردازش داده های ۱۰۰ میلیون ضربان قلب یا ۳۴.۷ میلیون تصویر دیجیتال دست نویس در تنها یک ثانیه است.

هوانگ گفت: «تکنولوژی ما می تواند تصمیم گیری های هوش مصنوعی را در کاربردهای حساس به زمان تسریع کند در حالی که دقت بالایی را حفظ می کند. ما امیدواریم ادغام این فناوری در دستگاه های پردازش داده در محل (edge computing) به سیستم های هوش مصنوعی سریع تر و هوشمندتری کمک کند که کاربردهای واقعی را با مصرف انرژی کمتر بهبود دهند.»

سرعت بالاتر نورون های لیزری

نورون های مصنوعی مبتنی بر لیزر که به سیگنال های ورودی به شکلی مشابه نورون های بیولوژیکی پاسخ می دهند به دلیل سرعت فوق العاده در پردازش داده ها و مصرف انرژی کم به عنوان راهکاری برای بهبود چشمگیر محاسبات مطرح شده اند.

با این حال اکثر نورون های مصنوعی توسعه یافته تا کنون از نوع نورون های فوتونیکی اسپایکینگ بوده اند. این نورون ها به دلیل سرعت محدود از دست رفتن اطلاعات و نیاز به منابع لیزری و مدولاتورهای اضافی چالش هایی دارند.

محدودیت سرعت نورون های اسپایکینگ فوتونیکی ناشی از آن است که معمولاً با تزریق پالس های ورودی به بخش گین لیزر کار می کنند که باعث تأخیر در پاسخ نورون می شود.

در مقابل محققان در نورون گریدی لیزری خود از رویکرد متفاوتی استفاده کردند. آن ها سیگنال های فرکانس رادیویی را به بخش جذب اشباع پذیر لیزر تزریق کردند که این تأخیر را برطرف کرد. همچنین با طراحی پدهای فرکانس رادیویی با سرعت بالا برای این بخش یک سیستم سریع تر ساده تر و کم مصرف تر ایجاد کردند.

پردازش پیشرفته با سیستم مخزن

برای نمایش قابلیت های نورون گریدی لیزری محققان از آن برای ساخت یک سیستم محاسباتی مخزن استفاده کردند. این روش محاسباتی داده های وابسته به زمان مانند اطلاعات تشخیص گفتار و پیش بینی آب وهوا را پردازش می کند.

در آزمایش ها این سیستم عملکرد عالی در شناسایی الگوها و پیش بینی توالی ها به ویژه پیش بینی های بلندمدت در برنامه های مختلف هوش مصنوعی با سرعت پردازش بالا نشان داد.

به عنوان مثال این سیستم توانست ۱۰۰ میلیون ضربان قلب را در هر ثانیه پردازش کند و الگوهای آریتمیک را با دقت متوسط ۹۸.۴ درصد شناسایی کند.

هوانگ گفت: «در این تحقیق ما از یک نورون گریدی لیزری استفاده کردیم اما باور داریم که با اتصال چندین نورون گریدی لیزری پتانسیل بیشتری آزاد خواهد شد درست مانند مغز که میلیاردها نورون را در شبکه های خود با هم به کار می گیرد. ما در حال کار بر روی بهبود سرعت پردازش نورون لیزری خود و همچنین توسعه معماری محاسبات مخزن عمیق با استفاده از نورون های گریدی لیزری متصل به یکدیگر هستیم.»

انتهای پیام/