Tutkijat kehittivät maailman tehokkaimman neuromorfinen prosessorin tekoälylle

Tekoälyalalla tapahtuneessa merkittävässä edistysaskeleessa Swinburne University of Technologyn johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt maailman tehokkaimman neuromorfinen prosessorin tekoälylle. Se toimii hämmästyttävällä yli 10 biljoonan operaation sekuntivauhtia (TeraOps/s), mikä tarkoittaa, että se voi prosessoida ultra-suuren mittakaavan dataa.

Tutkimus julkaistiin Nature -lehdessä.

Swinburnen professori David Mossin, tohtori Xingyuan Xun ja RMIT Universityn arvostettu professori Arnan Mitchellin johtama ryhmä kiihdytti laskentanopeutta ja prosessointitehoa. He pystyivät luomaan valo-optisen neuromorfinen prosessorin, joka pystyy toimimaan yli 1 000 kertaa nopeammin kuin aiemmat. Järjestelmä pystyy myös prosessoimaan ultra-suuren mittakaavan kuvia, mikä on tärkeää kasvojen tunnistamiselle, sillä aiemmat valo-optiset prosessorit eivät ole onnistuneet tässä suhteessa.

Professori Moss on Swinburnen Optisen tieteen keskuksen johtaja, ja hänet on nimetty Australian huippututkijaksi fysiikan ja matematiikan alalla optiikan ja fotonikan alalla The Australian -lehden toimesta.

“Tämä läpimurto saavutettiin ‘valo-mikro-kammalla’, kuten myös maailmanennätys internetin datanopeus, josta raportoitiin toukokuussa 2020”, hän sanoi.

Muiden huippuprosessoreiden ja mikro-kammien

Parhaat sähköiset prosessorit, kuten Google TPU, voivat toimia yli 100 TeraOps/s. Niiden käyttöön vaaditaan kuitenkin kymmeniä tuhansia rinnakkaisia prosessoreita, kun taas tutkijaryhmän valo-optinen järjestelmä perustuu vain yhteen prosessoriin. He saavuttivat tämän käyttämällä uutta tekniikkaa, jossa data interleaveattiin samanaikaisesti ajan, aallonpituuden ja spatiaalisen ulottuvuuden kautta integroidulla mikro-kammalla.

Niille, jotka eivät ole tietoisia mikro-kamman olemassaolosta, ne ovat uusia laitteita, jotka koostuvat sadoista korkealaatuisista infrapunalaserista yhdellä piirillä. Vertailukohtana muihin valo-lähteisiin, mikro-kammat ovat paljon nopeampia, kevyempiä ja halvempia.

“10 vuoden aikana, jonka aikana olen keksinyt ne, integroidut mikro-kammapiirit ovat muodostuneet erittäin tärkeiksi, ja se on todella jännittävää nähdä, miten ne mahdollistavat nämä valtavat edistysaskeleet tietoliikenteessä ja prosessoinnissa”, professori Moss sanoo. “Mikro-kammat tarjoavat valtavan potentiaalin tyydyttääksemme maailman kasvavaa tarvetta tietoon.”

Tulevaisuuden prosessori

Tohtori Xu oli tutkimuksen vastaava tekijä ja on Swinburnen entinen opiskelija ja post-doktori Electrical and Computer Systems Engineering -osastolla Monash Universityssa.

“Tämä prosessori voidaan käyttää universaalina ultra-laajakaistaisena etuasteena mille tahansa neuromorfinen laitteistolle – valo- tai sähköperusteiselle – ja se tuo massiivisen datan koneoppimisen ulottuvilla olevan reaaliaikaisen ultra-laajakaistaisen datan”, tohtori Xu sanoo.

“Meillä on nyt esimakua siitä, miltä tulevaisuuden prosessorit näyttävät. Se osoittaa meille, miten dramaattisesti voimme skaalata prosessoreiden tehokkuutta innovatiivisen mikro-kammien käytön kautta”, hän jatkaa.

RMIT:n professori Mitchellin mukaan “Tämä teknologia on sovellettavissa kaikenlaisiin prosessointiin ja tietoliikenteeseen – se vaikuttaa valtavasti. Pitkällä aikavälillä toivomme pystyvämme toteuttamaan täysin integroidut järjestelmät piirillä, mikä vähentäisi kustannuksia ja energiankulutusta.”

Professori Damien Hicks tukee tutkijaryhmää ja on kotoisin Swinburnesta ja Walter ja Elizabeth Hall -instituutista.

“Konvoluutio-neuraaliset verkot ovat olleet keskeisiä tekoälyvallankumouksessa, mutta olemassa oleva pii-tekniikka aiheuttaa yhä enemmän pullonkaulaa laskentanopeudessa ja energiatehokkuudessa”, professori Hicks sanoo.

“Tämä läpimurto osoittaa, miten uusi valo-tekniikka tekee nämä verkot nopeammiksi ja tehokkaammiksi, ja se on syvällinen osoitus risteytyvä ajattelun hyödyistä, jossa on inspiraatio ja rohkeus ottaa idea yhdestä alasta ja käyttää sitä ratkaisemaan perustavaa ongelmaa toisella alalla”, hän jatkaa.