Pêşveçûnên supercomputer: karanîna torên optîkî yên neuromorfîk

Di van çend dehsalên dawî de, meyla yekcar naskirî û rast, Qanûna Moore, ku ji hêla Gordon Moore ya IBM ve di sala 1965-an de hate pêşbînîkirin, naha hêdî hêdî dibe pîvanek nelirêtî ya performansa komputerê. Qanûna Moore pêşbînî kir ku her du salan carekê dê hejmara transîstorên di çerxeke entegre de du qat bibe, ku dê di heman cîhê de bêtir transîstor hebin, ku bibe sedema zêdebûna hesaban û bi vî rengî performansa kompîturê. Di Nîsana 2005-an de, di hevpeyvînekê de, Gordon Moore bi xwe diyar kir ku pêşbîniya wî dê îhtîmalek nema domdar be: "Di warê mezinahiya [transîstoran de] hûn dikarin bibînin ku em nêzî mezinahiya atoman dibin ku astengiyek bingehîn e, lê ew dê du-sê nifş berî ku em bigihîjin wê derê - lê ew bi qasî ku me çu carî karîbû bibîne dûr e. 10 heta 20 salên din li pêşiya me hene ku em bigihin sînorê bingehîn.”   

Her çend zagona Moore mehkûm e ku meriv li hin xalan bixebite, nîşaneyên din ên hesabkirinê di sepanê de zêdebûnek dibînin. Bi teknolojiya ku em di jiyana xwe ya rojane de bikar tînin, em hemî dikarin bibînin ku meylên komputeran piçûktir û piçûktir dibin lê di heman demê de ku bataryayên cîhazê dirêj û dirêjtir dimînin. Meyla paşîn a bi bataryayên bi navê Qanûna Koomey, bi navê profesorê Zanîngeha Stanford Jonathan Koomey tê binav kirin. Zagona Koomey pêşbînî dike ku "… di barek hesabker a sabît de, mîqdara pîlê ku hûn hewce ne dê her sal û nîvek du caran kêm bibe." Ji ber vê yekê, mezaxtina hêza elektronîkî an jî karbidestiya enerjiyê ya komputeran her 18 mehan carekê duqat dibe. Ji ber vê yekê, ya ku van hemî meyl û guhertin ber bi pêş ve diçin û eşkere dikin paşeroja komputerê ye.

Pêşeroja komputerê

Em hatine demek di dîrokê de ku em neçar in ku hesabkirinê ji nû ve pênase bikin ji ber ku meyl û qanûnên ku çend deh sal berê hatine pêşbînî kirin êdî nayên sepandin. Di heman demê de, ji ber ku komputer berbi pîvanên nano û quantumê ve diçe, sînorên laşî û dijwariyên berbiçav hene ku werin pêş. Dibe ku hewldana herî berbiçav a superkompîturê, hesabkirina kuantûmê, xwedan kêşeya eşkere ye ku bi rastî ji bo hesabkirina paralel têkeliya quantumê bi kar tîne, ango pêkanîna hesaban berî dekoherensa kuantumê. Lêbelê, tevî kêşeyên hesabkirina quantumê, di van çend dehsalên borî de pir pêşkeftin çêbûye. Meriv dikare modelên mîmariya komputerê ya kevneşopî ya John von Neumann bibîne ku ji bo komputera kuantumê tê sepandin. Lê qadeke din a ne ewqas naskirî ya (super)kompîturê heye, ku jê re hesabkirina neuromorfîk tê gotin ku mîmariya kevneşopî ya von Neumann naşopîne. 

Hesabkirina neuromorfîk ji hêla profesorê Caltech Carver Mead ve di sala 1990-an de di kaxeza xwe ya bingehîn de hate xeyal kirin. Di bingeh de, prensîbên hesabkirina neuromorfîk li ser prensîbên biyolojîk ên çalakiyê yên teorîzekirî ne, mîna yên ku têne fikirîn ku ji hêla mêjiyê mirovan ve di hesabkirinê de têne bikar anîn. Cûdahiyek kurt a di navbera teoriya hesabkirina neuromorfîk de li hember teoriya komputera klasîk a von Neumann di gotarek Don Monroe de hate kurt kirin. Komeleya ji bo makîneyên hesibandin rojname. Daxuyanî bi vî rengî ye: "Di mîmariya kevneşopî ya von Neumann de, bingehek mentiqî ya hêzdar (an çend paralel) li ser daneyên ku ji bîranînê têne hilanîn li pey hev dixebite. Berevajî vê, hesabkirina 'neuromorfîk' hem hesabkirinê û hem jî bîranînê di nav hejmareke pir mezin a 'neuronên' nisbeten seretayî de belav dike, ku her yek bi sedan an bi hezaran neuronên din re bi navgîniya 'sînapsan' re têkilî daynin."  

Taybetmendiyên din ên sereke yên hesabkirina neuromorfîk bêtehemûliya xeletiyê ye, ku armanc dike ku kapasîteya mêjiyê mirovî ku neuronan winda bike û hîn jî karibe bixebite model bike. Bi heman rengî, di hesabkirina kevneşopî de windabûna yek transîstor bandorê li karûbarê rast dike. Feydeyek din a xeyalkirî û armanckirî ya hesabkirina neuromorfîk ev e ku ne hewce ye ku were bernamekirin; ev armanca dawî dîsa modelkirina şiyana mêjiyê mirovî ye ku fêr bibe, bersiv bide û bi nîşanan re adapte bibe. Ji ber vê yekê, hesabkirina neuromorfîk naha ji bo fêrbûna makîneyê û karên îstîxbarata sûnî berendamê çêtirîn e. 

Pêşveçûnên supercomputing neuromorphic

Ya mayî ya vê gotarê dê di pêşkeftinên supercomputera neuromorfîk de bigere. Bi taybetî, vê dawiyê lêkolînek li ser Arxiv ji Alexander Tait et. al. li derveyî Zanîngeha Princeton destnîşan dike ku modelek tora neuralî ya fotonîkî ya bingehîn a sîlîkonê bi qasî 2000 qat ji nêzîkatiya hesabkeriya kevneşopî derdixe pêş. Ev platforma fotonîkî ya neuromorfîkî ya hesabkirinê dikare bibe sedema pêvajoyek agahdariya ultralez. 

The Tait et. al. kaxez bi navê Neuromorphic Silicon Photonics dest bi danasîna erênî û neyînîyên karanîna forma ronahiya fotonîkî ya tîrêjên elektromagnetîk ji bo hesabkirinê dike. Xalên sereke yên destpêkê yên kaxezê ev in ku ronahî bi berfirehî ji bo veguheztina agahdariyan hatî bikar anîn lê ne ji bo veguheztina agahdariyan, ango hesabkirina optîkî ya dîjîtal. Bi heman rengî, ji bo hesabkirina quantumê, ji bo hesabkirina optîkî ya dîjîtal kêşeyên laşî yên bingehîn hene. Dûv re kaxez diçe hûrguliyên platformek hesabkeriya fotonîkî ya neuromorfîkî ya berê ya Tait et. al. tîma ku di sala 2014 de, bi navê Weşan û giranî: Torgilokek yekbûyî ya ji bo hilberandina spikeya fotonîkî ya berbelav. Kaxeza wan a nûtir encamên yekem pêşandana ceribandinê ya tora neuralî ya fotonîkî ya yekbûyî vedibêje. 

Di mîmariya hesabkeriya "weşan û giraniyê" de, ji "girêkan" re "hilgirek dirêjahiya pêlê" ya yekta ku "dabeşkirina dirêjahiya pêlê ya piralî (WDM)" e" têne destnîşan kirin û dûv re ji "girêkên" din re têne weşandin. Di vê mîmariyê de "girêk" têne mebesta ku tevgera neuronê di mejiyê mirovan de simul bikin. Dûv re sînyalên "WDM" bi navgîniya fîlterên domdar-nirxdar ên bi navê "bankên giraniya mîkroring (MRR)" têne hilberandin û dûv re bi elektrîkî di nav nirxek tespîtkirina hêza tevahî ya pîvandî de têne berhev kirin. Ne-xêziya vê veguheztina/hesabkirina elektro-optîkî ya paşîn bi rastî ne-xêziya ku ji bo teqlîdkirina fonksiyona neuronê hewce ye, ji bo hesabkirina di bin prensîbên neuromorfîk de bingehîn e. 

Di gotarê de, ew nîqaş dikin ku ev dînamîkên veguheztina elektro-optîkî yên bi ceribandinê hatine verast kirin ji hêla matematîkî ve bi modela "tora neuralî ya domdar-dem-dema domdar" (CTRNN) re wekhev in. Van encamên pêşeng destnîşan dikin ku amûrên bernamekirinê yên ku ji bo modelên CTRNN hatine bikar anîn dikarin li platformên neuromorfîk ên bingehîn ên silicon werin sepandin. Ev vedîtin rê li ber adaptasyona metodolojiya CTRNN li fotonîkên siliconê yên neuromorfîk vedike. Di gotara xwe de, ew li ser mîmariya xwe ya "weşan û giraniyê" modelek wusa dikin. Encam destnîşan dikin ku modela CTRNN-ê ku li ser mîmariya wan a 2-nodê hatiye simulkirin mîmariya hesabkeriya neuromorfîk dide ku ji modelên komputerê yên klasîk bi 49 rêzikên mezinahiyê pêşdetir bike.