美科學(xué)家研制硅芯片 可精準(zhǔn)分發(fā)光信號(hào) 為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究提供新路徑

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的研究人員研制出一種硅芯片，它精準(zhǔn)分發(fā)光信號(hào)的能力，為未來(lái)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究提供了一種潛在設(shè)計(jì)方法。

人腦擁有數(shù)十億神經(jīng)元(神經(jīng)細(xì)胞)，每個(gè)神經(jīng)元之間都存在著上千個(gè)連接點(diǎn)。許多研究項(xiàng)目致力于制造人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電路來(lái)模擬大腦，但是，像半導(dǎo)體電路這類傳統(tǒng)電子器件，通常無(wú)法滿足正常運(yùn)作的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中極其復(fù)雜的線路需求。

NIST團(tuán)隊(duì)建議使用光取代電流作為信號(hào)媒介。在解決復(fù)雜問(wèn)題方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已展示出卓越的能力，比如快速識(shí)別模式類型和精確分析數(shù)據(jù)等。光的應(yīng)用則將進(jìn)一步加快信號(hào)傳播速度，并消除電荷干擾。

NIST團(tuán)隊(duì)物理學(xué)家杰夫·奇利斯說(shuō)：“光的優(yōu)點(diǎn)在于可進(jìn)一步優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能，使其能進(jìn)行精確的科學(xué)性數(shù)據(jù)分析，例如搜索類地行星以及用于量子信息科學(xué)等，并加速高智能無(wú)人駕駛汽車控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究。”

據(jù)報(bào)道，NIST設(shè)計(jì)的芯片通過(guò)兩層光子波導(dǎo)的垂直堆疊，攻克了光信號(hào)應(yīng)用中的主要難題。這種結(jié)構(gòu)將光限制于狹小的路線中進(jìn)行光信號(hào)路由，這很大程度上類似于采用電線路由電信號(hào)。這種三維設(shè)計(jì)使復(fù)雜的路由機(jī)制得以運(yùn)行，進(jìn)而完成模仿神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程的必要步驟。

研究人員表示，激光通過(guò)光纖傳輸?shù)叫酒?。根?jù)選定的光的強(qiáng)度以及分布模式，芯片會(huì)將每個(gè)輸入路由到輸出組。為評(píng)估輸出結(jié)果，他們制作出輸出信號(hào)的圖像。結(jié)果表明，該種方法的最終輸出高度均勻，誤差率低，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的功率分布。

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們真正做到了兩件事。一是開(kāi)始運(yùn)用三維設(shè)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)傳輸中更多的光學(xué)連接;另外，新型測(cè)量技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)使得光子系統(tǒng)中眾多設(shè)備的特性得以體現(xiàn)。隨著人們對(duì)于光電子神經(jīng)系統(tǒng)的大規(guī)模深入研究，這兩種突破將會(huì)起到至關(guān)重要的作用。