美研發(fā)光子神經(jīng)元運(yùn)算系統(tǒng) 或引計(jì)算機(jī)速度革命

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)7月19日報(bào)道，美國普林斯頓大學(xué)和航空與國防技術(shù)公司洛克希德·馬丁公司合作，正在進(jìn)行一項(xiàng)名為“光子神經(jīng)元”（photonic neuron）的計(jì)劃，旨在用一種光纖計(jì)算設(shè)備模擬腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算模式，開發(fā)出一種幾乎瞬間就能作出決策的數(shù)字系統(tǒng)。這種設(shè)備和神經(jīng)元很像，但速度要超過神經(jīng)元10億倍。研究人員稱該計(jì)劃如果成功，將帶來計(jì)算機(jī)處理速度的真正革命。

該計(jì)劃開始于2008年，由普林斯頓電學(xué)工程教授鮑爾·布拉克諾和洛克希德·馬丁公司先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)工程師、神經(jīng)科學(xué)家大衛(wèi)·羅森布魯斯領(lǐng)導(dǎo)。

無論是大腦中的還是外圍神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元，都和其他神經(jīng)元互相連接，通過電脈沖彼此溝通。神經(jīng)元接收到一個(gè)電脈沖，然后決定是否發(fā)出自身信號(hào)，把信息傳給余下的網(wǎng)絡(luò)。這就是神經(jīng)計(jì)算的基礎(chǔ)。

在緊急時(shí)刻，人或動(dòng)物都要迅速作出決策：如一只瞪羚被一只非洲獵豹追逐時(shí)，必須在瞬間決定向左跑還是向右跑；面對飛過來的棒球，棒球選手也必須在幾分之一秒內(nèi)根據(jù)各種跡象判斷如何揮擊。這種腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在生死關(guān)頭的剎那計(jì)算，為光子計(jì)算的工作原理提供了線索。

“我們正在把各種典型的神經(jīng)信息處理方式，如學(xué)習(xí)、抑制行為轉(zhuǎn)移到光纖電路中，但這不是在努力復(fù)制大腦中的東西，而是模擬大腦中的運(yùn)算，并以計(jì)算機(jī)的純數(shù)字系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)。”羅森布魯斯說。

此外，研究人員也一直在尋找突破電路本身速度限制的方法。如果使用電流，信息處理速度還要受導(dǎo)線電阻這一終極限制，如果不用電導(dǎo)線而用光纖，信息就能以接近光速傳播。在傳統(tǒng)光纖通訊中，只在遠(yuǎn)距傳輸過程中以光的形式傳輸信息，到達(dá)目的地后還要經(jīng)過信息轉(zhuǎn)換過程將光子信息轉(zhuǎn)換為電子來處理。而在新實(shí)驗(yàn)中，仍以光代碼形式來處理信息，這要比用電流快得多。

盡管模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算模型和光纖網(wǎng)絡(luò)所用的有很多不同的變量，但它們在整體方程上非常相似。“當(dāng)我們輸入方程后，它們確實(shí)能運(yùn)行起來。”布拉克諾說。

研究人員指出，借用神經(jīng)電路的計(jì)算概念，是為了突出它能幫助人們和組織機(jī)構(gòu)作出超快決策。如果該項(xiàng)目成功，會(huì)讓計(jì)算機(jī)幾乎瞬間就能完成計(jì)算。比如在危急時(shí)刻，能通過無線電信號(hào)找出恐怖分子，讓噴氣機(jī)決定是否彈出駕駛員；還能迅速處理大量數(shù)據(jù)，比如通過視頻信號(hào)操縱無人駕駛汽車，審查基因數(shù)據(jù)找出對抗疾病的線索等。