Trong thời đại kỹ thuật số, lưu lượng dữ liệu đang tăng không ngừng theo cấp số nhân. Nhu cầu về sức mạnh tính toán cho các ứng dụng trong trí tuệ nhân tạo như nhận dạng mẫu và giọng nói, hoặc cho các phương tiện tự lái, thường vượt quá khả năng của các bộ xử lý máy tính thông thường. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Münster (Đức) đang phát triển một cách tiếp cận mới có thể đối phó với những nhiệm vụ này cực kỳ hiệu quả - xử lý thông tin dựa trên ánh sáng.

Bộ xử lý dựa trên ánh sáng để tăng tốc các tác vụ trong lĩnh vực machine learning cho phép xử lý các phép toán phức tạp với tốc độ cực nhanh (10¹² -10¹⁵ tác vụ mỗi giây). Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các cấu trúc quang tử với các vật liệu thay đổi pha (PCM) giúp lưu trữ thông tin một cách hiệu quả. PCM thường được sử dụng với đĩa DVD hoặc BluRay để lưu trữ dữ liệu quang. Trong bộ xử lý mới, điều này cho phép lưu trữ và bảo quản các phần tử ma trận mà không cần nguồn cung cấp năng lượng. Để thực hiện phép nhân ma trận trên nhiều tập dữ liệu song song, các nhà vật lý Münster đã sử dụng lược tần số dựa trên nguồn sáng. Một lược tần số cung cấp nhiều bước sóng quang học được xử lý độc lập với nhau trong cùng một chip quang tử. Kết quả là, điều này cho phép xử lý dữ liệu song song bằng cách tính toán đồng thời trên tất cả các bước sóng - còn được gọi là ghép kênh theo bước sóng.

Trong thí nghiệm, các nhà vật lý đã sử dụng mạng nơ-ron tích tụ để nhận dạng các số viết tay. Các mạng này là một khái niệm trong lĩnh vực machine learning lấy cảm hứng từ các quá trình sinh học. Chúng được sử dụng chủ yếu trong việc xử lý dữ liệu hình ảnh hoặc âm thanh, vì chúng hiện đạt được độ chính xác cao nhất trong việc phân loại. Johannes Feldmann, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: "Khai thác ánh sáng để truyền tín hiệu cho phép bộ xử lý thực hiện xử lý dữ liệu song song thông qua ghép kênh theo bước sóng, dẫn đến mật độ tính toán cao hơn và nhiều phép nhân ma trận được thực hiện trong cùng một khoảng thời gian”.

Kết quả nghiên cứu có một loạt các ứng dụng thực tiễn. Trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo, chẳng hạn như, nhiều dữ liệu hơn có thể được xử lý đồng thời trong khi vẫn tiết kiệm năng lượng. Bộ xử lý quang tử hỗ trợ đánh giá số lượng lớn dữ liệu trong chẩn đoán y tế, chẳng hạn như dữ liệu 3D có độ phân giải cao được tạo ra trong các phương pháp xử lý hình ảnh đặc biệt. Các ứng dụng khác như trong lĩnh vực xe tự lái và các cơ sở hạ tầng CNTT như điện toán đám mây cung cấp không gian lưu trữ, sức mạnh tính toán hoặc phần mềm ứng dụng. Chi tiết tham khảo tại:

J. Feldmann et. al. Parallel convolutional processing using an integrated photonic tensor core. Nature, 2021; 589 (7840): 52 DOI: 10.1038/s41586-020-03070-1

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: http://imc.org.vn