美研發光子神經元運算系統

美國普林斯頓大學和航空與國防技術公司洛克希德•馬丁公司合作，正在進行一項名為“光子神經元”（photonic neuron）的計劃，旨在用一種光纖計算設備模擬腦神經網絡的運算模式，開發出一種幾乎瞬間就能作出決策的數字系統。這種設備和神經元很像，但速度要超過神經元10億倍。研究人員稱該計劃如果成功，將帶來計算機處理速度的真正革命。


該計劃開始於2008年，由普林斯頓電學工程教授鮑爾•布拉克諾和洛克希德•馬丁公司先進技術實驗室基礎工程師、神經科學家大衛•羅森布魯斯領導。

無論是大腦中的還是外圍神經系統中的神經元，都和其他神經元互相連接，通過電脈沖彼此溝通。神經元接收到一個電脈沖，然後決定是否發出自身信號，把信息傳給余下的網絡。這就是神經計算的基礎。

在緊急時刻，人或動物都要迅速作出決策︰如一只瞪羚被一只非洲獵豹追逐時，必須在瞬間決定向左跑還是向右跑；面對飛過來的棒球，棒球選手也必須在幾分之一秒內根據各種跡象判斷如何揮擊。這種腦神經網絡在生死關頭的剎那計算，為光子計算的工作原理提供了線索。

“我們正在把各種典型的神經信息處理方式，如學習、抑制行為轉移到光纖電路中，但這不是在努力復制大腦中的東西，而是模擬大腦中的運算，並以計算機的純數位系統方式實現。”羅森布魯斯說。

此外，研究人員也一直在尋找突破電路本身速度限制的方法。如果使用電流，信息處理速度還要受導線電阻這一終極限制，如果不用電導線而用光縴，信息就能以接近光速傳播。在傳統光纖通訊中，只在遠距傳輸過程中以光的形式傳輸信息，到達目的地後還要經過信息轉換過程將光子信息轉換為電子來處理。而在新實驗中，仍以光代碼形式來處理信息，這要比用電流快得多。

盡管模擬神經網絡的運算模型和光縴網絡所用的有很多不同的變量，但它們在整體方程上非常相似。“當我們輸入方程後，它們確實能運行起來。”布拉克諾說。

研究人員指出，借用神經電路的計算概念，是為了突出它能幫助人們和組織機構作出超快決策。如果該項目成功，會讓計算機幾乎瞬間就能完成計算。比如在危急時刻，能通過無線電信號找出恐怖分子，讓噴氣機決定是否彈出駕駛員；還能迅速處理大量數據，比如通過視頻信號操縱無人駕駛汽車，審查基因數據找出對抗疾病的線索等。

科技日報 2011/07/21 常麗君

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Photonic neuron may compute a billion times faster than brain circuits (Physorg)