Разработана кремниевая фотонная нейросеть, которая преодолевает ограничения передачи по волокну

Нелинейность волокна остается сейчас основным ограничивающим фактором в системах передачи на большие расстояния.

Исследователи из Princeton Lightwave Lab и NEC Laboratory America создали нейронную сеть, работающую в реальном времени, на интегрированном фотонном чипе с использованием кремниевой фотоники. Эта технология может быть полезна для транстихоокеанской линии электропередач протяженностью до 10 000 км, а также может помочь преодолеть неблагоприятные последствия нелинейности оптоволокна. Это отличный пример того, как фотоника превосходит электронику в приложениях ИИ.

Существующие коммуникационные сети фиксированной связи, беспроводная инфраструктура и центры обработки данных, сильно зависят от систем оптической связи, которые передают информацию по оптическим каналам. В последнее десятилетие рост интернета в значительной степени поддерживался технологией, называемой цифровой обработкой сигналов (DSP), которая может уменьшить искажения при передаче. Однако DSP реализован с использованием интегральных схем CMOS и достиг своих пределов с точки зрения рассеивания мощности, плотности и инженерных решений в соответствии с законом Мура.

Следовательно, искажения, вызванные нелинейностью волокна, не могут быть компенсированы DSP, поскольку это потребовало бы слишком больших вычислительных мощностей и ресурсов. Таким образом, нелинейность волокна остается основным ограничивающим фактором в системах передачи на большие расстояния.

Чаоран Хуан, исследователь из NEC Laboratories America, Inc., и ее коллеги, разработали фотонную нейронную сеть на основе высокопроизводительных волноводов и фотонных устройств, включая фотодетекторы и модуляторы, изначально предназначенные для оптической связи.

Оптический модулятор преобразует электрический фототок в оптическую энергию с помощью фототока, генерируемого во время этого начального процесса. В результате в фотонной сети искусственными нейронами служат оптические модуляторы.

Кроме того, кремниевая нейронная сеть, созданная исследователями, является программируемой и основана на так называемом протоколе широковещательной передачи и веса. В этой архитектуре используются нейроны, которые мультиплексированы в волновод для создания оптических сигналов с определенной длиной волны, передаваемых всем другим нейронам.

Кремниевые фотонно-электронные нейронные сети имеют явные преимущества перед электронными нейроморфными схемами в отношении рассеивания энергии, задержки, перекрестных помех и пропускной способности. Эти специфические свойства делают кремниевые фотонно-электронные нейронные сети идеальными для создания больших систем с большим количеством искусственных нейронов на одном кристалле с использованием лишь нескольких волноводов межсоединений.

Этот метод может пригодиться в машинном обучении, нелинейном программировании и обработке сигналов.