《電子技術(shù)應(yīng)用》
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美國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)全新全光計(jì)算機(jī)

顛覆性突破100GHz頻率
2025-01-23
來(lái)源:IT之家

1 月 22 日消息,計(jì)算世界正處于一個(gè)變革性飛躍的風(fēng)口浪尖,加州理工學(xué)院(Caltech)的研究人員推出了一款能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò) 100 GHz 時(shí)鐘速度的全光學(xué)計(jì)算機(jī)。這項(xiàng)新技術(shù)有可能徹底改變需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的行業(yè),并可能成為超快計(jì)算新時(shí)代的開(kāi)始。

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根據(jù) arXiv 上一項(xiàng) 1 月 10 日預(yù)發(fā)表的研究成果,盡管得益于摩爾定律和越來(lái)越多的并行系統(tǒng)架構(gòu),電子計(jì)算機(jī)性能呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),但計(jì)算機(jī)時(shí)鐘頻率在近 20 年來(lái)一直停滯在 5 GHz 左右。

研究人員通過(guò)提出并實(shí)驗(yàn)演示基于端到端和全光學(xué)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算來(lái)打破這一障礙,該網(wǎng)絡(luò)利用線(xiàn)性和非線(xiàn)性光學(xué)操作的超快特性,同時(shí)避免電子操作。全光計(jì)算機(jī)完全在光域中以 >100 GHz 時(shí)鐘速率實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性運(yùn)算、非線(xiàn)性函數(shù)和存儲(chǔ)。

換句話(huà)說(shuō),這臺(tái)新計(jì)算機(jī)的核心是遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備完全在光域內(nèi)運(yùn)行,利用激光脈沖處理數(shù)據(jù)。其中一個(gè)關(guān)鍵部件是光學(xué)腔(optical cavity),它充當(dāng)存儲(chǔ)器和計(jì)算層。光信號(hào)在這里以驚人速度(由激光脈沖頻率決定)進(jìn)行再循環(huán)和操縱。

這種架構(gòu)使全光計(jì)算機(jī)能夠以無(wú)與倫比的速度和效率執(zhí)行信號(hào)分類(lèi)、時(shí)間序列預(yù)測(cè)和圖像生成等任務(wù)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同,光學(xué)方法消除了與數(shù)據(jù)傳輸和功率密度相關(guān)的瓶頸。

展望未來(lái),研究人員的目標(biāo)是將這項(xiàng)技術(shù)集成到使用薄膜鋰酸鹽等先進(jìn)材料的緊湊、可擴(kuò)展的系統(tǒng)中。當(dāng)然,能否將 100 GHz 全光學(xué)計(jì)算機(jī)用于消費(fèi)者領(lǐng)域是另一個(gè)方面的話(huà)題,起碼目前還沒(méi)有可能。


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