Қазіргі заманғы жасанды интеллект жүйелері, мысалы, роботтандырылған хирургия мен жоғары жиілікті сауда, нақты уақыт режимінде үлкен деректер ағындарын өңдеуді талап етеді. Негізгі белгілерді жылдам анықтау аса маңызды болып отыр, алайда дәстүрлі цифрлық процессорлар физикалық шектеулерге тап болып, қазіргі міндеттер үшін қажетті кідірісті азайтуға немесе өткізу қабілетін арттыруға қауқарсыз.

Оптикалық есептеулер – шешім ретінде

Зерттеушілер бұл шектеулерді еңсерудің болашағы зор жолы ретінде оптикалық есептеулерді қарастыруда. Электр тогының орнына жарықты пайдалану күрделі есептеулерді орындауда деректерді өңдеу жылдамдығы мен тиімділігін айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді. Ең қызықты тәсілдердің бірі – оптикалық дифракциялық операторлар, яғни жарық өткен кезде математикалық операцияларды орындайтын жұқа пластиналар. Мұндай жүйелер көптеген сигналдарды бір уақытта төмен энергия тұтынумен өңдей алады. Дегенмен, 10 ГГц-тен жоғары жиілікте тұрақты когерентті жарықты сақтау өте күрделі мәселе болып шықты.

Оптикалық деректерді өңдеудегі серпіліс

Бұл мәселені шешу үшін Қытайдағы Цинхуа университетінің профессоры Хунвэй Чэнь жетекшілік еткен команда Optical Feature Extraction Engine (OFE2) құрылғысын жасады. Advanced Photonics Nexus журналында жарияланған мақалада жоғары жылдамдықты оптикалық белгілерді анықтаудың жаңа әдісі ұсынылған, ол түрлі практикалық қолданбаларға жарамды.

OFE2-нің басты жетістігі – инновациялық деректерді дайындау жүйесі. Негізгі компоненттер үшін жылдам параллель оптикалық сигналдарды фазалық тұрақтылықты жоғалтпай қамтамасыз ету – бұл саладағы негізгі міндеттердің бірі. Талшықты жүйелер жарықты бөлу мен кідірту кезінде қажетсіз фазалық тербелістерге әкеледі. Цинхуа командасы бұл мәселені қуатты бөлгіштер мен дәл кідіріс сызықтары бар толық интеграцияланған чиптік жүйе жасап шешті. Мұндай архитектура тізбекті деректерді бірнеше синхрондалған оптикалық арнаға түрлендіреді. Сонымен қатар, интеграцияланған фазалық матрица OFE2-ні әртүрлі есептеу міндеттеріне оңай бейімдеуге мүмкіндік береді.

OFE2-нің жұмыс принципі

Дайындалғаннан кейін оптикалық сигналдар белгілерді анықтайтын дифракциялық оператор арқылы өтеді. Бұл процесс матрицаны векторға көбейтуге ұқсас: жарық толқындары өзара әрекеттесіп, белгілі бір шығыс нүктелерінде «жарқын дақтар» түзеді. Кіріс жарықтың фазасын дәл баптау осы дақтарды таңдалған шығыс порттарға бағыттауға мүмкіндік береді, бұл OFE2-ге кіріс деректердегі ұсақ өзгерістерді уақытында анықтауға жол ашады.

OFE2 12,5 ГГц жиілікте жұмыс істейді және бір матрица-вектор көбейту операциясын 250,5 пикосекундта орындайды – бұл оптикалық есептеулердің осы түрі үшін ең жылдам нәтиже. Құрылғы әртүрлі салаларда сыналды.

Қолданылуы мен тиімділігі

Бейне өңдеуде OFE2 шеткі белгілерді сәтті анықтап, «рельеф және гравюра» жұп карталарын жасады, бұл суреттерді жіктеу мен КТ-суреттердегі ағзаларды тану дәлдігін арттырды. OFE2 жүйелері стандартты ЖИ модельдеріне қарағанда аз электрондық параметрлерді қажет етті, бұл оптикалық алдын ала өңдеудің гибридті нейрожелілер үшін тиімділігін дәлелдейді.

OFE2 сонымен қатар цифрлық саудада қолданылып, нарықтық деректерді нақты уақытта өңдеп, сауда шешімдерін жасауға мүмкіндік берді. Оптимизацияланған стратегиялар бойынша оқытудан кейін құрылғы кіріс баға сигналдарын тікелей сауда әрекеттеріне түрлендіріп, тұрақты пайда әкелді. Жоғары есептеу жылдамдығының арқасында трейдерлер іс жүзінде кідіріссіз әрекет ете алды.

Дамудың келешегі

Бұл жетістіктер есептеу саласындағы айтарлықтай прогресті көрсетеді. ЖИ өңдеудің ең ресурсты қажет ететін кезеңдерін электрондық чиптерден аса жылдам фотондық жүйелерге, мысалы, OFE2-ге көшіру нақты уақыттағы энергия үнемдейтін жасанды интеллекттің жаңа дәуірін ашуы мүмкін. Мұндай технологиялар кескін тану, медицина және цифрлық қаржы салаларындағы күрделі есептеу қызметтерін қолдауға қабілетті.