英國(guó)牛津大學(xué)的研究人員與德國(guó)明斯特大學(xué)、海德堡大學(xué)和荷蘭?？巳卮髮W(xué)的合作者19日在《自然·光子學(xué)》雜志上發(fā)表論文，報(bào)告了他們開(kāi)發(fā)的集成光子電子硬件。該硬件能夠大幅處理三維（3D）數(shù)據(jù)，提高人工智能（AI）任務(wù)的數(shù)據(jù)處理并行性。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片的處理效率每18個(gè)月翻一番，但現(xiàn)代AI任務(wù)所需的處理能力目前大約每3.5個(gè)月翻一番。這意味著迫切需要新的計(jì)算范式來(lái)應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的需求。
一種方法是使用光而不是電子器件，這允許使用不同的波長(zhǎng)并行執(zhí)行多個(gè)計(jì)算來(lái)表示不同的數(shù)據(jù)集。事實(shí)上，在2021年《自然》雜志發(fā)表的開(kāi)創(chuàng)性工作中，研究人員展示了一種集成光子處理芯片，可以遠(yuǎn)超最快電子方法的速度執(zhí)行矩陣向量乘法（AI和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)）。
此次，研究團(tuán)隊(duì)為其光子矩陣矢量乘法器芯片的處理能力添加了額外的并行維度。這種“高維”處理是通過(guò)利用多個(gè)不同的無(wú)線電頻率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將并行性提升到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以前所達(dá)到的水平。
作為一個(gè)測(cè)試案例，團(tuán)隊(duì)將其新型硬件應(yīng)用于評(píng)估心臟病患者心電圖猝死風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)。他們能夠成功地同時(shí)分析100個(gè)心電圖信號(hào)，以93.5%的準(zhǔn)確度識(shí)別猝死風(fēng)險(xiǎn)。
研究人員進(jìn)一步估計(jì)，即使適度擴(kuò)展6個(gè)輸入×6個(gè)輸出，這種方法也可超越最先進(jìn)的電子處理器，有可能將能源效率和計(jì)算密度提高100倍。團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，通過(guò)利用更多的光自由度（例如偏振和模式復(fù)用），未來(lái)計(jì)算并行性將進(jìn)一步增強(qiáng)。