Avansman supercomputing: lè l sèvi avèk rezo optik neromòfik

Nan kèk deseni ki sot pase yo, yon fwa byen li te ye ak tandans egzat, Lwa Moore, te prevwa pa Gordon Moore nan IBM an 1965, se kounye a tou dousman vin yon mezi defen nan pèfòmans informatique. Lwa Moore te prevwa ke apeprè chak dezan kantite tranzistò nan yon sikwi entegre ta double, ke ta gen plis tranzistò nan menm kantite espas, ki mennen nan ogmante kalkil ak kidonk pèfòmans òdinatè. Nan mwa avril 2005, nan yon entèvyou, Gordon Moore li menm te deklare pwojeksyon li a pa t ap dirab ankò: “An tèm de gwosè [tranzistò yo] ou ka wè ke nou ap apwoche gwosè atòm yo ki se yon baryè fondamantal, men li. pral gen de oswa twa jenerasyon anvan nou rive sa byen lwen—men sa se osi lwen ke nou te janm kapab wè. Nou gen lòt 10 a 20 ane anvan nou rive nan yon limit fondamantal.”   

Malgre ke lwa Moore a kondane a frape kèk dead-end, lòt endikatè nan informatique yo wè yon ogmantasyon nan aplikab. Avèk teknoloji nou itilize nan lavi chak jou nou an, nou tout ka wè tandans òdinatè yo ap vin pi piti ak pi piti, men tou, pil aparèy yo ap dire pi long ak pi lontan. Tandans nan dènye ak pil yo rele Koomey's Law, ki rele apre Stanford University pwofesè Jonathan Koomey. Lwa Koomey a predi ke "... nan yon chaj enfòmatik fiks, kantite batri ou bezwen an ap tonbe nan yon faktè de chak ane ak yon mwatye." Se poutèt sa, konsomasyon pouvwa elektwonik oswa efikasite enèji nan òdinatè ap double sou chak 18 mwa. Se konsa, sa tout tandans sa yo ak chanjman yo montre nan direksyon ak revele se avni nan informatique.

Lavni nan informatique

Nou rive nan yon moman nan listwa kote nou gen pou redéfinir enfòmatik kòm tandans ak lwa yo te prevwa de sa plizyè deseni yo pa aplikab ankò. Epitou, kòm informatique pouse nan direksyon nan echèl nano ak pwopòsyon, gen evidan limit fizik ak defi yo rive. Petèt tantativ ki pi remakab nan supercomputing, quantum computing, gen defi a evidan pou vrèman exploiter pwopòsyon entanglement pou kalkil paralèl, se sa ki, fè kalkil anvan dekoerans pwopòsyon. Sepandan, malgre defi yo nan informatique pwopòsyon te gen anpil pwogrè nan deseni ki sot pase yo. Yon moun ka jwenn modèl tradisyonèl achitekti òdinatè John von Neumann aplike nan informatique pwopòsyon. Men, gen yon lòt domèn (super)informatik ki pa tèlman koni, ki rele neuromorphic computing ki pa suiv achitekti tradisyonèl von Neumann. 

Enfòmatik neromòfik te anvizaje pa pwofesè Caltech Carver Mead tounen nan papye seminal li an 1990. Fondamantalman, prensip yo nan informatique neromòfik yo baze sou prensip byolojik teyorize nan aksyon, tankou sa yo te panse yo dwe itilize pa sèvo imen an nan kalkil. Yon distenksyon kout ant teyori enfòmatik neromòfik kont teyori enfòmatik von Neumann klasik te rezime nan yon atik pa Don Monroe nan Asosyasyon pou machin Computing jounal. Deklarasyon an ale tankou sa a: "Nan achitekti tradisyonèl von Neumann, yon nwayo lojik pwisan (oswa plizyè nan paralèl) opere sekans sou done yo pran nan memwa. Kontrèman, enfòmatik 'neuromorphic' distribye tou de kalkil ak memwa nan mitan yon kantite menmen 'newòn' relativman primitif, yo chak kominike ak dè santèn oswa dè milye de lòt newòn atravè 'sinaps'."  

Lòt karakteristik kle nan informatique neuromorphic gen ladan entolerans fay, ki gen pou objaktif pou modèl kapasite sèvo imen an pou pèdi newòn epi toujou kapab fonksyone. Menm jan an tou, nan enfòmatik tradisyonèl pèt yon sèl tranzistò afekte bon fonksyone. Yon lòt avantaj anvizaje ak vize nan neuromorphic informatique se pa gen okenn nesesite yo dwe pwograme; dènye objektif sa a se ankò modèl kapasite sèvo imen an pou aprann, reponn ak adapte yo ak siyal yo. Kidonk, enfòmatik neromòfik se kounye a pi bon kandida pou aprantisaj machin ak travay entèlijans atifisyèl. 

Avansman nan sipèkonputi neromòfik

Rès atik sa a pral fouye nan pwogrè nan supèrkonputasyon neromòfik. Espesyalman, fèk pibliye rechèch sou Arxiv soti nan Alexander Tait et. al. soti nan Inivèsite Princeton montre ke yon modèl rezo neral fotonik ki baze sou Silisyòm depase yon apwòch enfòmatik konvansyonèl pa prèske 2000-pliye. Platfòm fotonik neuromorphic sa a te kapab mennen nan pwosesis enfòmasyon ultrarapid. 

Tait et. al. papye ki gen dwa Neuromorphic Silisyòm fotonik kòmanse dekri avantaj ak dezavantaj lè w sèvi ak fòm limyè fotonik radyasyon elektwomayetik pou enfòmatik. Pwen prensipal yo inisyal nan papye a se ke limyè ki te lajman itilize pou transmisyon enfòmasyon ankò pa pou transfòmasyon enfòmasyon, sa vle di dijital optik informatique. Menm jan an tou, nan informatique pwopòsyon, gen defi fizik fondamantal nan informatique dijital optik. Lè sa a, papye a antre nan detay yo nan yon pi bonè pwopoze neromorphic fotonik platfòm informatique Tait et la. al. ekip pibliye an 2014, gen dwa Emisyon ak pwa: Yon rezo entegre pou pwosesis évolutive fotonik Spike. Papye pi nouvo yo dekri rezilta premye demonstrasyon eksperimantal yon rezo neral fotonik entegre. 

Nan "difizyon ak pwa" achitekti enfòmatik la, "nœuds" yo asiyen yon inik "transporteur longèdonn" ki se "divizyon longèdonn multiplexed (WDM)" ak Lè sa a, difize nan lòt "nœuds". "Nœuds" nan achitekti sa a vle di pou simulation konpòtman newòn nan sèvo imen an. Lè sa a, "WDM" siyal yo trete atravè filtè kontinyèl ki gen valè yo rele "mikroring (MRR) bank pwa" ak Lè sa a, adisyone elektrik nan yon valè deteksyon pouvwa total mezire. Non-linearite a nan dènye transfòmasyon elektwo-optik sa a / kalkil se jisteman ki pa lineyè ki nesesè yo imite fonksyonalite newòn, esansyèl nan informatique anba prensip neuromorphic. 

Nan papye a, yo diskite ke eksperimantal verifye dinamik transfòmasyon elektwo-optik sa yo matematikman idantik ak yon "2-node kontinyèl-tan rezo neral frekan" (CTRNN). Rezilta pyonye sa yo sijere ke zouti pwogramasyon ki te itilize pou modèl CTRNN ta ka aplike nan platfòm neromòfik ki baze sou Silisyòm. Dekouvèt sa a ouvè chemen pou adapte metodoloji CTRNN ak fotonik Silisyòm neromòfik. Nan papye yo, yo fè jis tankou yon adaptasyon modèl sou achitekti "difize ak pwa" yo. Rezilta yo montre ke modèl CTRNN simulation sou achitekti 49-nœuds yo bay achitekti enfòmatik neuromorphic pou depase modèl enfòmatik klasik yo pa 3 lòd nan grandè.