美研发“光子神经元”运算系统

2011-7-21 10:04 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网7月19日报道,美国普林斯顿大学和航空与国防技术公司洛克希德·马丁公司合作,正在进行一项名为“光子神经元”(photonic neuron)的计划,旨在用一种光纤计算设备模拟脑神经网络的运算模式,开发出一种几乎瞬间就能作出决策的数字系统。这种设备和神经元很像,但速度要超过神经元10亿倍。研究人员称该计划如果成功,将带来计算机处理速度的真正革命。

  该计划开始于2008年,由普林斯顿电学工程教授鲍尔·布拉克诺和洛克希德·马丁公司先进技术实验室基础工程师、神经科学家大卫·罗森布鲁斯领导。

  无论是大脑中的还是外围神经系统中的神经元,都和其他神经元互相连接,通过电脉冲彼此沟通。神经元接收到一个电脉冲,然后决定是否发出自身信号,把信息传给余下的网络。这就是神经计算的基础。

  在紧急时刻,人或动物都要迅速作出决策:如一只瞪羚被一只非洲猎豹追逐时,必须在瞬间决定向左跑还是向右跑;面对飞过来的棒球,棒球选手也必须在几分之一秒内根据各种迹象判断如何挥击。这种脑神经网络在生死关头的刹那计算,为光子计算的工作原理提供了线索。

  “我们正在把各种典型的神经信息处理方式,如学习、抑制行为转移到光纤电路中,但这不是在努力复制大脑中的东西,而是模拟大脑中的运算,并以计算机的纯数字系统方式实现。”罗森布鲁斯说。

  此外,研究人员也一直在寻找突破电路本身速度限制的方法。如果使用电流,信息处理速度还要受导线电阻这一终极限制,如果不用电导线而用光纤,信息就能以接近光速传播。在传统光纤通讯中,只在远距传输过程中以光的形式传输信息,到达目的地后还要经过信息转换过程将光子信息转换为电子来处理。而在新实验中,仍以光代码形式来处理信息,这要比用电流快得多。

  尽管模拟神经网络的运算模型和光纤网络所用的有很多不同的变量,但它们在整体方程上非常相似。“当我们输入方程后,它们确实能运行起来。”布拉克诺说。

  研究人员指出,借用神经电路的计算概念,是为了突出它能帮助人们和组织机构作出超快决策。如果该项目成功,会让计算机几乎瞬间就能完成计算。比如在危急时刻,能通过无线电信号找出恐怖分子,让喷气机决定是否弹出驾驶员;还能迅速处理大量数据,比如通过视频信号操纵无人驾驶汽车,审查基因数据找出对抗疾病的线索等。