Telefon : +90 212 275 71 06  
Dünyanın İlk Fotonik Sinirsel Ağı Açıklandı

Dünyanın İlk Fotonik Sinirsel Ağı Açıklandı


Işık kullanan sinir ağları süper hızlı bilgi işlem sağlayabilir. Sinir ağları bilgi işlem dünyasını kasıp kavuruyor. Araştırmacılar, daha önce yalnızca insanlara mahsus olan büyük miktarda beceri öğrenme yeteneğine (nesne algılama, yüz algılama, doğal dil işlemleri, makine çevirisi) sahip makineler oluşturmak için sinir ağlarını kullandı. Tüm bu yetenekler ve dahası artık makineler için rutin hale geliyor.

Bu yüzden, yapay zekanın sınırlarını daha da zorlayabilen daha yetenekli sinir ağları oluşturmaya büyük bir ilgi var. Bu çalışmanın odağı, daha çok nöronlar, ya da diğer adıyla nöromorfik yongalar gibi işleyen devreler oluşturmakla ilgili. Peki bu devreler nasıl daha hızlı hale getirilebilir?

Alexander Tait ve arkadaşlarının New Jersey'deki Princeton Üniversitesi'nde gerçekleştirdiği çalışma sayesinde bugün bu soruya bazı cevaplar bulabiliyoruz. Bu adamlar dünyanın ilk fotonik nöromorfik yongasını tasarladı ve ultra yüksek hızlarda bilgi işlem yaptığını gösterdi.

Optik bilgi işlem, bilgisayar dünyasında uzun zamandır umut vaat ediyordu. Fotonlar elektronlara göre çok daha fazla bant genişliğine sahip ve bu sayede daha fazla veriyi daha hızlı işleyebiliyorlar. Ancak optik veri işlem sistemlerinin avantajları hiçbir zaman bunları üretme maliyetinin önüne geçememişti, bu yüzden de hiçbir zaman geniş ölçekte kabul görmediler.

Bu durum, analog sinyal işleme gibi yalnızca fotonik yongaların sunabileceği ultra hızlı bilgi işlem süreçleri gerektiren bazı bilgisayar alanlarında değişmeye başladı.

Yeni sinir ağları fotonikler yeni fırsatların kapısını aralıyor. Tait ve arkadaşları “silikon fotonik platformlardan yararlanan fotonik sinir ağlarının radyo, kontrol ve bilimsel bilgi işlem için yeni ultra hızlı bilgi işleme olanaklarına erişebileceğini” belirtiyor.
Bu yaklaşımın zorluğu, her bir düğümünde bir nöron ile aynı yanıt verme karakteristiklerine sahip bir optik cihaz üretmek. Düğümler, içinde ışığın dolaşım yapabileceği bir silikon alt tabakaya oyulmuş küçük dairesel dalga kılavuzları şeklinde. Serbest bırakıldığında bu ışık, eşikte çalışan bir lazerin çıktısını modüle ediyor, bu yöntemde gelen ışık üzerindeki küçük değişimler lazerin çıktısında büyük bir etki yaratıyor.

Sistemdeki her bir düğüm, kritik bir şekilde ışığın belirli bir dalga boyunda çalışıyor; bu tekniğe dalga bölmeli çoklama adı veriliyor. Tüm düğümlerden gelen ışık, lazere beslenmeden önce bir toplam güç algılama işlemi ile toplanıyor. Ve lazer çıktısı yeniden düğümlere beslenerek, doğrusal olmayan karakterde bir geri besleme devresi oluşturuluyor.

Burada sorulması gereken bir soru bu doğrusalsızlığın sinir davranışını ne kadar yakın taklit edebileceği. Tait ve arkadaşları çıktıyı ölçtü ve matematiksel olarak sürekli zaman tekrarlı sinir aş olarak bilinen bir aygıta eşdeğer olduğunu gösterdi. Söylediklerine göre “Bu sonuç CTRNN'lerin programlama araçlarının daha büyük silikon fotonik sinir ağları için de uygulanabileceğini gösteriyor”.

Bu önemli bir sonuç çünkü Tait ve arkadaşlarının tasarladığı cihazın, bu tür sinir ağları için bir araya getirilen çok çeşitli programlama anlayışlarını kısa sürede açığa çıkarabileceği anlamına geliyor.

49 fotonik düğümden oluşan bir ağ kullanarak hala bunun nasıl yapılabileceğini göstermeye devam ediyorlar. Tait ve arkadaşları bu fotonik sinir ağını, belirli türde bir diferansiyel eşitlik emülasyonunun matematiksel sorununu çözmek ve bunu sıradan merkezi işlem birimi ile karşılaştırmak için kullanıyor.

Sonuçlar fotonik sinir ağlarının ne kadar hızlı olabileceğini gösteriyor. Tait ve arkadaşları “fotonik sinir ağlarının etkili donanım hızlandırma faktörünün bu görevde 1.960 kat olduğu tahmin ediyor”. Bu hız üç kat büyüklük anlamına geliyor.
Bu rakamlar, optik bilgi işlemi ilk kez ana akıma dahil edebilecek tümüyle yeni bir endüstrinin kapılarını açıyor. Tait ve arkadaşları “silikon fotonik sinir ağlarının ölçeklenebilir bilgi işlem için daha geniş bir silikon fotonik sistem sınıfına ilk akını temsil edebilir” diyor.

Tabi ki bu büyük oranda ilk nesil elektronik nöromorfik yongaların ne kadar iyi performans gösterdiğine bağlı. Fotonik sinir ağlarının yaygın kabul görmesi için önemli avantajlar sunması gerekecek, bu da çok daha ayrıntılı karakterizasyon gerektiriyor. Açıkçası gelecekte fotonikler için ilginç gelişmeler var.

Ref: arxiv.org/abs/1611.02272: Nöromorfik Silikon Fotonikler

Yazının orijinali için tıklayınız.