Chip Lập Trình Bằng Ánh Sáng Đầu Tiên Có Thể Huấn Luyện Mạng Nơ-ron Nhân Tạo
Theo số mới nhất của tạp chí Nature Photonics, một nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Pennsylvania (Mỹ) đã phát triển thành công con chip lập trình đầu tiên sử dụng ánh sáng để thực hiện việc huấn luyện mạng nơ-ron phi tuyến tính. Đây là một bước đột phá có thể giúp tăng tốc đáng kể quá trình đào tạo trí tuệ nhân tạo (AI) đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng, đặt nền móng cho những máy tính hoàn toàn vận hành bằng quang học trong tương lai.
Trước đây, mặc dù đã có những con chip quang học có thể xử lý các phép toán tuyến tính, nhưng việc biểu diễn các hàm phi tuyến – yếu tố then chốt để huấn luyện các mạng nơ-ron sâu – bằng phương pháp quang học thuần túy vẫn là một thách thức chưa có lời giải.
Công nghệ mới này sử dụng một vật liệu bán dẫn đặc biệt nhạy với ánh sáng. Khi ánh sáng "tín hiệu" mang dữ liệu đầu vào đi qua vật liệu này, một chùm ánh sáng "bơm" chiếu từ phía trên sẽ điều chỉnh đặc tính phản hồi của vật liệu. Bằng cách điều chỉnh hình dạng và cường độ của ánh sáng bơm, các nhà nghiên cứu có thể điều khiển cách ánh sáng tín hiệu bị hấp thụ, truyền đi hoặc khuếch đại – tương đương với việc lập trình con chip để thực hiện các hàm phi tuyến khác nhau.
Điểm đáng chú ý là cấu trúc vật lý của con chip không thay đổi. Thay vào đó, ánh sáng bơm tạo ra các mẫu hình bên trong vật liệu, làm thay đổi cách ánh sáng truyền qua, tạo nên một hệ thống có thể tái cấu hình linh hoạt, có khả năng học tập theo thời gian thực và thích ứng theo phản hồi đầu ra.
Để chứng minh khả năng của con chip, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên các bài toán AI tiêu chuẩn. Trong một bài toán phân loại phi tuyến cơ bản, chip đạt độ chính xác hơn 97%; với bài toán phân loại dữ liệu Iris nổi tiếng, độ chính xác đạt trên 96%. Những kết quả này cho thấy con chip quang học không chỉ đạt hiệu năng tương đương, thậm chí vượt trội, mà còn tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các hệ thống điện tử truyền thống.
Đặc biệt, chỉ với bốn kết nối phi tuyến bằng quang học, con chip có thể đạt hiệu suất tương đương với 20 hàm kích hoạt phi tuyến cố định trong các mô hình điện tử truyền thống – cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này. Khi được mở rộng quy mô, hiệu suất dự kiến sẽ còn cao hơn nữa.
Khác với các hệ thống quang học trước đây bị cố định sau khi chế tạo, con chip mới này hoạt động như một nền tảng "trống", cho phép người dùng lập trình bằng cách "vẽ" các chỉ thị lên chip bằng ánh sáng bơm – một bước tiến quan trọng hướng đến khái niệm máy tính quang học lập trình được, mở ra kỷ nguyên huấn luyện AI với tốc độ ánh sáng.
Tin liên quan
Sản phẩm mới
