神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正在以席卷之勢(shì)占領(lǐng)計(jì)算世界。研究人員使用它們來(lái)創(chuàng)建機(jī)器，讓機(jī)器學(xué)習(xí)大量的此前是人類(lèi)特有的技能：對(duì)象識(shí)別，面部識(shí)別，自然語(yǔ)言處理，機(jī)器翻譯等。所有這些技能，以及更多更多的技能，現(xiàn)在正成為機(jī)器的“標(biāo)配”。

　　因此，創(chuàng)建更強(qiáng)大神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有足夠大的推動(dòng)力，因?yàn)樗梢赃M(jìn)一步推動(dòng)人工智能的進(jìn)步。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是創(chuàng)造電路操作更像神經(jīng)元的、所謂的神經(jīng)形態(tài)芯片。但是如何使這些電路在速度上獲得顯著提升？這一個(gè)問(wèn)題。

　　普林斯頓大學(xué)的 Alexander Tait 和他的同事建立了世界上第一個(gè)光子神經(jīng)形態(tài)芯片，同時(shí)展示了這種芯片在計(jì)算上的超速度。

　　光學(xué)計(jì)算一直被計(jì)算機(jī)科學(xué)界寄予厚望 。光子具有比電子多得多的帶寬，因此可以更快地處理更多的數(shù)據(jù)。但是光學(xué)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)從未超過(guò)制造它們的額外成本，因此它們從未被廣泛采用。

　　這種情況在計(jì)算的一些領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始改變，例如模擬信號(hào)處理，這些領(lǐng)域要求的那種超快速數(shù)據(jù)處理能力只有光子芯片可以提供。

　　現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為光子學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新的機(jī)會(huì)。“利用硅光子平臺(tái)的光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以獲得用于無(wú)線(xiàn)電、控制和科學(xué)計(jì)算的超快速信息處理的能力”，Tait 說(shuō)。

　　核心的挑戰(zhàn)是， 需要制造出每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有與神經(jīng)元相同響應(yīng)特性的光學(xué)裝置 。節(jié)點(diǎn)采取刻在硅襯底中的微小圓形波導(dǎo)的形式，在節(jié)點(diǎn)之間光可以流動(dòng)。

　　光被輸入到節(jié)點(diǎn)中之后，會(huì)調(diào)制在閾值處工作的激光器輸出，在這個(gè)區(qū)域中，入射光的微小變化都會(huì)對(duì)激光器的輸出具有顯著的影響。

　　至關(guān)重要的是，系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都使用特定波長(zhǎng)的光——一種稱(chēng)為波分復(fù)用（wave division mulTIplexin）的技術(shù)。來(lái)自所有節(jié)點(diǎn)的光在被喂給到激光器之前可以通過(guò)總功率檢測(cè)來(lái)求和。并且激光輸出會(huì)被反饋到節(jié)點(diǎn)中以創(chuàng)建具有非線(xiàn)性特性的反饋電路。

　　一個(gè)很重要的問(wèn)題是，這種非線(xiàn)性在模擬神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)是多么的像。 Tait 測(cè)量了輸出，并表明它在數(shù)學(xué)上等效于被稱(chēng)為連續(xù)時(shí)間遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。 “這個(gè)結(jié)果表明，CTRNNs的編程工具可以應(yīng)用于更大的硅光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，”他們說(shuō)。

　　這一研究結(jié)果非常重要，因?yàn)樗馕吨?Tait 制作的設(shè)備可以立即利用這些多樣化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，來(lái)極大地?cái)U(kuò)展編程技術(shù)。

　　與普通的中央處理單元對(duì)比

　　他們繼續(xù)演示如何使用由49個(gè)光子節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用這個(gè)光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決模擬某種微分方程的數(shù)學(xué)問(wèn)題，并將其與普通的中央處理單元（CPU）進(jìn)行比較。

　　CTRNN與CPU的比較

　　結(jié)果展示了光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有多快。 “在這項(xiàng)任務(wù)中，光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效硬件加速因子估計(jì)為1，960&TImes;”，Tait 說(shuō)。這是一個(gè)三個(gè)數(shù)量級(jí)的速度。

　　這打開(kāi)了一個(gè)全新行業(yè)的大門(mén)，可能會(huì)在歷史上首次將光學(xué)計(jì)算帶入主流。 Tait說(shuō)：“硅光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成為第一批進(jìn)入可擴(kuò)展信息處理的、更廣泛類(lèi)別的硅光子系統(tǒng)的代表。

　　當(dāng)然，這很大程度上要取決于第一代電子神經(jīng)形態(tài)芯片的表現(xiàn)。光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要想得到大范圍的采用，必須首先要證明自身有很大的優(yōu)勢(shì)，因而也要求對(duì)其特征更加詳細(xì)的闡述。顯然，對(duì)于光子學(xué)來(lái)說(shuō)，等待它的將是一段非常有趣的時(shí)間。

　　編譯：新智元

　　來(lái)源：MIT Technology Review