Supercomputing ilosiwaju: lilo neuromorphic opitika nẹtiwọki

Ni awọn ewadun diẹ sẹhin, aṣa ti a mọ daradara ati deede, Ofin Moore, ti a sọtẹlẹ nipasẹ Gordon Moore ti IBM ni ọdun 1965, ti wa ni bayi laiyara di iwọn aiṣedeede ti iṣẹ ṣiṣe iširo. Ofin Moore sọ asọtẹlẹ pe ni gbogbo ọdun meji nọmba awọn transistors ninu Circuit iṣọpọ yoo jẹ ilọpo meji, pe ọpọlọpọ awọn transistors yoo wa ni iye kanna ti aaye, ti o yori si iṣiro pọ si ati nitorinaa iṣẹ kọnputa. Ni Oṣu Kẹrin ọdun 2005, ninu ifọrọwanilẹnuwo kan, Gordon Moore funrarẹ sọ asọtẹlẹ rẹ kii yoo jẹ alagbero mọ: “Nipa ti iwọn [ti awọn transistors] o le rii pe a n sunmọ iwọn awọn atomu eyiti o jẹ idena ipilẹ, ṣugbọn o yóò jẹ́ ìran méjì tàbí mẹ́ta kí a tó dé ibẹ̀—ṣùgbọ́n ìyẹn jìnnà gan-an gẹ́gẹ́ bí a ti lè rí i. A ni ọdun 10 si 20 miiran ṣaaju ki a to de opin ipilẹ kan. ”   

Botilẹjẹpe ofin Moore jẹ ijakule lati kọlu diẹ ninu iku-opin, awọn itọkasi miiran ti iširo n rii igbega ni iwulo. Pẹlu imọ-ẹrọ ti a lo ninu awọn igbesi aye ojoojumọ wa, gbogbo wa le rii awọn aṣa ti awọn kọnputa ti n dinku ati kere ṣugbọn tun pe awọn batiri ẹrọ n pẹ ati gun. Aṣa igbehin pẹlu awọn batiri ni a pe ni Ofin Koomey, ti a fun lorukọ lẹhin Ọjọgbọn Yunifasiti Stanford Jonathan Koomey. Ofin Koomey sọ asọtẹlẹ pe "... ni fifuye iširo ti o wa titi, iye batiri ti o nilo yoo ṣubu nipasẹ iwọn meji ni gbogbo ọdun ati idaji." Nitorinaa, agbara itanna tabi ṣiṣe agbara ti awọn kọnputa n ṣe ilọpo meji ni gbogbo oṣu 18. Nitorinaa, kini gbogbo awọn aṣa ati awọn ayipada wọnyi n tọka si ati ṣafihan ni ọjọ iwaju ti iširo.

Ojo iwaju ti iširo

A ti de akoko kan ninu itan-akọọlẹ nibiti a ti ni lati tuntumọ iširo bi awọn aṣa ati awọn ofin ti a sọtẹlẹ ni ọpọlọpọ ọdun sẹyin ko wulo mọ. Paapaa, bi iširo ti n titari si ọna nano ati awọn irẹjẹ kuatomu, awọn idiwọn ti ara ti o han gbangba wa ati awọn italaya lati kọja. Boya igbiyanju ti o ṣe akiyesi julọ ni supercomputing, quantum computing, ni ipenija ti o han gedegbe ti imudara kuatomu entanglement nitootọ fun iṣiro afiwera, iyẹn ni, ṣiṣe awọn iṣiro ṣaaju ki o to decoherence. Bibẹẹkọ, laibikita awọn italaya ti iširo kuatomu nibẹ ni ilọsiwaju pupọ ni awọn ewadun diẹ sẹhin. Ẹnikan le wa awọn awoṣe ti aṣa ile kọnputa John von Neumann ti aṣa ti a lo si iṣiro kuatomu. Ṣugbọn agbegbe miiran ti ko mọ daradara ti (super) iširo, ti a pe ni iširo neuromorphic ti ko tẹle ilana faaji von Neumann ti aṣa. 

Iširo Neuromorphic ti ṣe akiyesi nipasẹ ọjọgbọn Caltech Carver Mead pada ninu iwe apejọ rẹ ni ọdun 1990. Ni ipilẹ, awọn ilana ti iširo neuromorphic da lori awọn ilana iṣe ti ẹkọ ti ẹkọ, bii awọn ti a ro pe ọpọlọ eniyan lo ni iṣiro. Iyatọ ti o ṣoki laarin imọ-ẹrọ iširo neuromorphic dipo imọ-ẹrọ iširo kilasika von Neumann ni a ṣe akopọ ninu nkan kan nipasẹ Don Monroe ninu iwe Ẹgbẹ fun Awọn ẹrọ iṣiro iwe akosile. Alaye naa lọ bii eyi: “Ninu faaji aṣa von Neumann ti aṣa, ipilẹ ọgbọn ọgbọn kan ti o lagbara (tabi pupọ ni afiwe) ṣiṣẹ lẹsẹsẹ lori data ti o gba lati iranti. Ni idakeji, iširo 'neuromorphic' n pin kaakiri iṣiro ati iranti laarin nọmba nla ti 'awọn neuronu' ti o jọra,' ọkọọkan n ba awọn ọgọọgọrun tabi ẹgbẹẹgbẹrun awọn neuronu miiran sọrọ nipasẹ 'synapses'”  

Awọn ẹya bọtini miiran ti iširo neuromorphic pẹlu aibikita aibikita, eyiti o ni ero lati ṣe apẹẹrẹ agbara ọpọlọ eniyan lati padanu awọn neuronu ati tun le ṣiṣẹ. Ni afọwọṣe, ni iširo ibile isonu ti transistor kan ni ipa lori iṣẹ ṣiṣe to dara. Idaniloju miiran ati anfani ti iširo neuromorphic ni ko si iwulo lati ṣe eto; Ero ikẹhin yii tun n ṣe apẹẹrẹ agbara ọpọlọ eniyan lati kọ ẹkọ, dahun ati ṣe deede si awọn ifihan agbara. Nitorinaa, iṣiro neuromorphic lọwọlọwọ jẹ oludije ti o dara julọ fun ẹkọ ẹrọ ati awọn iṣẹ-ṣiṣe oye atọwọda. 

Awọn ilọsiwaju ti neuromorphic supercomputing

Iyokù ti nkan yii yoo lọ sinu awọn ilọsiwaju ti supercomputing neuromorphic. Ni pataki, iwadii ti a tẹjade laipẹ lori Arxiv lati ọdọ Alexander Tait et. al. jade ti Ile-ẹkọ giga Princeton fihan pe awoṣe nẹtiwọọki neural ti o da lori ohun alumọni ṣe itọsi ọna ṣiṣe iširo deede nipasẹ iwọn 2000. Syeed photonic neuromorphic yii ti iširo le ja si sisẹ alaye ultrafast. 

Awọn Tait et. al. iwe ẹtọ Neuromorphic Silikoni Photonics bẹrẹ ni pipa apejuwe awọn anfani ati awọn konsi ti lilo fọọmu ina photonic ti itanna itanna fun iširo. Awọn aaye akọkọ akọkọ ti iwe ni pe ina ti ni lilo pupọ fun gbigbe alaye sibẹsibẹ kii ṣe fun iyipada alaye, ie iširo opiti oni-nọmba. Bakanna, si iṣiro kuatomu, awọn italaya ti ara ipilẹ wa si iširo opiti oni-nọmba. Awọn iwe ki o si lọ sinu awọn alaye ti ohun sẹyìn dabaa neuromorphic photonic iširo Syeed awọn Tait et. al. egbe atejade ni 2014, ẹtọ ni Itankalẹ ati iwuwo: Nẹtiwọọki iṣọpọ fun sisẹ iwasoke photonic ti iwọn. Iwe tuntun wọn ṣapejuwe awọn abajade ti iṣafihan iṣafihan akọkọ ti nẹtiwọọki nkankikan photonic ti a ṣepọ. 

Ninu “igbohunsafefe ati iwuwo” faaji iširo, awọn “ipade” ni a yan “agbeeru igbi gigun” alailẹgbẹ ti o jẹ “pipin wefulenti multiplexed (WDM)” ati lẹhinna tan kaakiri si “awọn apa” miiran. Awọn “awọn apa” inu faaji yii jẹ itumọ lati ṣe adaṣe ihuwasi neuron ninu ọpọlọ eniyan. Lẹhinna awọn ami “WDM” ti ni ilọsiwaju nipasẹ awọn asẹ ti o niyelọsiwaju ti a pe ni “microring (MRR) awọn banki iwuwo iwuwo” ati lẹhinna ṣe akopọ ni itanna sinu iwọn wiwa agbara lapapọ lapapọ. Aisi ila-ila ti iyipada elekitiro-opiki ti o kẹhin yii / iṣiro jẹ deede ti kii ṣe laini ti o nilo lati farawe iṣẹ ṣiṣe neuron, pataki si iṣiro labẹ awọn ipilẹ neuromorphic. 

Ninu iwe naa, wọn jiroro pe awọn agbara iyipada elekitiro-opiki ti a ṣe ayẹwo ni idanwo jẹ aami mathematiki si “2-node lemọlemọfún-akoko nẹtiwọọki ti nẹtiwọọki loorekoore” (CTRNN) awoṣe. Awọn abajade aṣáájú-ọnà wọnyi daba pe awọn irinṣẹ siseto ti a ti lo fun awọn awoṣe CTRNN le ṣee lo si awọn iru ẹrọ neuromorphic ti o da lori silikoni. Awari yii ṣii ọna lati ṣatunṣe ilana CTRNN si awọn photonics silicon neuromorphic. Ninu iwe wọn, wọn ṣe iru aṣamubadọgba awoṣe kan si ile faaji “igbohunsafefe ati iwuwo” wọn. Awọn abajade fihan pe awoṣe CTRNN ti a ṣe simulated sori ọna faaji 49-node wọn fun ni iṣelọpọ iširo neuromorphic lati ṣe ju awọn awoṣe iširo kilasika lọ nipasẹ awọn aṣẹ titobi 3.