Elkészült az első teljesen optikai alapon működő mesterséges neurális hálózat

A kutatóknak sikerült megmutatniuk, hogy egy optikai chipen is képesek mesterséges neurális hálózatokat képezni.

Ez egy jelentős áttörés a szakterületen, mivel a elektromos, mesterséges neurális hálózatok optikaira történő cseréjével pénz és energia spórolható meg, amíg ezek a rendszerek gyorsabbak is a korábban használtaknál.

“Egy optikai chip használata hatékonyabbá teheti a neurális hálózatok számításait, mint amire a digitális számítógépek képesek, ezzel lehetővé téve a sokkal összetettebb problémák megoldását mondta ,” mondta Shanhui Fan, a kutatócsapat vezetője a Stanford Egyetemetől. “Ez például fokozná a mesterséges neurális hálózatok képességét az önjáró autókhoz szükséges feladatok elvégzésére, vagy éppen a kimondott kérdésekre adott megfelelő válaszok meghatározásában. Ezeken felül olyan módokon is javíthatja az életünket, amit most még el sem tudunk képezni.”

A neurális hálózatok a mesterséges intelligenciák azon fajtái, melyek egymáshoz kapcsolt egységeket használnak az információk feldolgozására – ezzel az emberi agy felépítését imitálva. Ahhoz, hogy ezek a rendszerek képesek legyenek a beszédfelismeréshez hasonló összetettségű feladatok elvégzésére, az algoritmusnak kritikus tanulási lépéseken kell átesni, ami során például elsajátítja, hogy milyen kategóriába sorolható egy adott szó.

Amíg már korábbi kutatások is igazolták, hogy a neurális hálózatok optikai technológia segítségével is működhetnek, addig ennél a tanulmánynál még egy hagyományos digitális számítógépen végezték a rendszer képzését. A kutatók most megmutatták, hogy a hálózatok képzése közvetlenül az optikai chipen is megtörténhet és ehhez az általános rendszerek képzéséhez használt ‘backpropagation’ algoritmusnak létrehozták az optikai megfelelőjét.

“Azzal, hogy képzéshez egy fizikai eszközt használnak nem pedig egy számítógépes modellt, lényegesen pontosabbá tesszük a folyamatot,” mondta Tyler W. Hughes, a fejlesztésről készűlt tanulmány vezető szerzője. “Továbbá, mivel a képzési lépés a neurális hálózat megvalósításának egy számítástechnikailag igen költséges része, ezért a lépés optikai módon történő végrehajtása kulcsfontosságú a mesterséges hálózatok számítási hatékonyságának, sebességének és energiafogyasztásának javításához.”

Amíg jelenleg a neurális hálózatok folyamatai hagyományos számítógépeken futnak, addig egyre nagyobb teret kapnak a direkt erre a célra készített hardware megoldások. Az optikai technológia azért került ezeknek a próbálkozásoknak a központjába mivel képes párhuzamos számításokra, amíg a hagyományos elektromos berendezéseknél lényegesen kevesebb energiát fogyaszt.

A mostani a legújabb előrelépés ezen a területen, amivel már a neurális hálózatok teljes működését átültethetik direkt erre a célra készített optikai chippekre. A kutatók elmondása szerint mivel az optikai rendszerek párhuzamosan is képesek képzési folyamatokat végezni így a teljes képzési lépés hosszát jelentősen le tudják csökkentet – aminek kiemelten a nagy méretű neurális hálózatoknál van jelentősége.

Az új optikai rendszerhez állítható sugárelosztókat használtak, melyeknek a módosításával lehet képezni a rendszert. A képzés folyamata során egy lézersugár halad végig a rendszeren, amit a rendszer elhagyása után a rendszer felülvizsgál és kiszámítja milyen módosításra van szükség. Ezután a rendszerbe visszafelé küldenek egy lézersugárt, hogy megállapítsák a módosítások elérték-e a kívánt hatást.

A kutatók a rendszer teszteléséhez egy olyan algoritmust hoztak létre, ami egy ponthalmaznak képes megállapítani a jellemzőit. Az eredményeik szerint a létrejött neurális hálózat hasonló sikerességgel hajtotta végre a feladatokat mint egy ugyanerre a célra kifejlesztet, hagyományos számítógépen futtatott rendszer.

“A munkánk megmutatja, hogy a fizika törvényeinek felhasználásával is alkalmazhatunk számítástechnikai algoritmusokat,” mondta Fan.

A kutatók a jövőben tovább fogják optimalizálni az optikai rendszert és a működésének felméréséhez most már egy valóban praktikus feladatot oldatnak meg az optikai neurális hálózattal. A területen más előrelépésekre is számíthatunk mivel az optikai rendszert rugalmasan át lehet alakítani más neurális hálózati struktúrák használatára.

Forrás: osapublishing.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.