清华电子系陈宏伟团队合作发文综述光学神经网络的进展与挑战
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光学神经网络(Optical Neural Networks,ONNs)是一种利用光学元器件(如波导、调制器、探测器等)实现人工神经网络功能的计算系统。它通过利用光信号的传播特性来实现信息处理和计算功能,具有低延迟、低能耗、大带宽以及抗电磁干扰强等优势。
近日,清华大学电子系陈宏伟教授团队联合国防科技大学团队,以“光学神经网络:进展与挑战”(Optical neural networks: progress and challenges)为题在《光:科学和应用》(Light:Science & Applications)上发表综述,对近几年来光学神经网络的相关研究工作进行了梳理。
- 图1. 光学神经网络相关研究工作时间轴线
文章宏观阐述了光学神经网络(ONN)的发展历史,直观展示了 ONN 的发展历程。
- ONN 的分类
文章提出了 ONN 的两种分类形式:非集成 ONN 和集成 ONN。
- 基于光学元器件的 ONN 细分
基于自由空间和片上集成中的不同光学元器件,文章将 ONN 细分为七种类型。
- 基于不同光学元器件构建的 ONN 设计原理
文章对基于不同光学元器件构建的 ONN 的设计原理进行了介绍。
1. 光学神经网络 (ONN) 的光学元器件
非集成 ONN:
- 透镜组 4f 系统
- 空间光调制器 (SLM)
- 数字微镜系统 (DMD)
- 衍射超表面
- 偏振器
- 光放大器
- 滤波器
集成 ONN:
- 片上马赫-曾德尔干涉仪 (MZI)
- 微环谐振器 (MRR)
- 调制器 (PM/AM)
- 衰减器
- 亚波长衍射器件
2. ONN 的性能指标
- 集成度
- 可重构性
- 非线性
- 可拓展性
- 稳定性
- 通用性
3. 光电混合 ONN 系统
将光学和电子计算相结合,利用 ONN 的算力优势,同时使用电子辅助电路进行参数重构、非线性运算、数据存储和流控。
4. 光电混合 ONN 系统的挑战
- 光/电、电/光转换效率(能耗和速率)优化
1. 图 3. 光电混合 ONN 系统架构
2. 现阶段,ONN 的发展仍处于早期阶段,面临着关键技术难题。因此,其在广泛领域的实际应用仍需时日。
3. 尽管如此,ONN 已在特定专用领域得到应用。
4. 普林斯顿大学研究团队将片上集成 ONN 应用于海底光纤链路的非线性补偿。
5. 剑桥大学研究团队基于光子深度学习开发了边缘计算架构。
6. Lightmatter 公司发布了 Envise 和 Passge 产品。
7. Lightelligence 公司发布了光子计算引擎 (PACE)。
8. 未来,通过不断优化全光 ONN 系统或混合 ONN 系统架构,有望推动全光 ONN 或光电混合 ONN 系统在更广泛的实际场景中应用和发展。
来源:清华大学
终于介绍完啦!小伙伴们,这篇关于《清华电子系陈宏伟团队合作发文综述光学神经网络的进展与挑战》的介绍应该让你收获多多了吧!欢迎大家收藏或分享给更多需要学习的朋友吧~golang学习网公众号也会发布科技周边相关知识,快来关注吧!

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