Созданные на сегодняшний день нейронные сети и нейроморфные процессоры весьма приближенно «копируют» работу биологических мозгов даже животных, не говоря уже о функциональности головного мозга человека. Почему у ученых ничего не получается?
Попытки повторить на кремниевых электронных чипах структуру связей, существующую в биологическом мозге, до сих пор не увенчались успехом вследствие высочайшей сложности ее построения из сотен миллионов искусственных нейронов, соединенных друг с другом так, что эти соединения в процессе обучения или получения нового опыта «переконфигурируются», создавая новые устойчивые сетевые структуры. Основная сложность повторения вроде бы понятного «узора» биологической нейронной сети заключается в физических ограничениях, присущих полупроводниковой микро- и наноэлектронике. Выход из этого «технологического тупика» ученые видят в развитии фотоники — оптическом аналоге электроники, в котором носителями сигналов являются фотоны света.
Одно из последних прорывных достижений в сфере создания нейроморфных чипов недавно продемонстрировали ученые Национального института стандартов и технологий США, представив двухслойную трехмерную систему, состоящую из матриц оптических волноводов, взаимодействующих при передаче оптических сигналов в разных направлениях. Это решение позволило многократно увеличить количество связей между активными компонентами (оптическими логическими элементами), по сравнению с электронными нейросетями, благодаря чему удалось повысить сложность схем маршрутизации сигналов и скорость обмена данными между узлами сети. В результате достигнута рекордная «схожесть» архитектуры нейронной фотонной сети со строением биологического мозга.
Кратко суть изобретения американских ученых заключается в формировании на подложке из кремния двух слоев матриц, состоящих из тончайших нитрид-кремниевых световодов (их поперечные сечения находятся в пределах 800 х 400 нм), а к этому аппаратному решению разработано и специальное ПО, обеспечивающее автоматическое направление сигналов по нужным путям в схеме и регулировку уровней взаимосвязей между отдельными нейронами. При этом разработчики первого кремниевого нейроморфного фотонного чипа утверждают, что можно довольно просто перейти от двухслойной структуры к мультипланарной интегрированной структуре маршрутизации с высочайшей производительностью обработки данных.
