每秒運算10兆次 容錯性類似人腦 光子處理器 突破AI極限

編譯/韋士塔 |2021.01.23
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自駕車和物聯網的運作,須仰賴強大的運算能力。 圖/美聯社

編譯/韋士塔

人工智慧(AI)是當前最熱門的研究領域,其核心技術則是人工神經網路。目前,由法國法國國家科學研究(INRS)教授莫蘭多蒂(Roberto Morandotti)領導的國際研究團隊,已開發出一款新的光子處理器(photonic processor),有望突破AI的運算極限。

人工神經網路由多層人工神經元組成,能夠模擬人類大腦;這些神經元相互連接,第一層神經元能接收圖像、影片、聲音、文字等資料,接著傳輸到下一層。事實上,神經網路早在1943就被發明出來;當時,科學家麥庫洛(Warren McCulloch)和皮茲(Walter Pitts)打造一個使用演算法運算的神經網路運算模型,但當年還沒有龐大的數據資料庫,人工神經網路的發展也被擱置。

近年來,圖形處理器(Graphics Processing Unit)等先進的運算技術出現,人工神經網路再度成為研究焦點。圖形處理器能在個人電腦、工作站、遊戲主機和行動裝置(如平板電腦、智慧手機)上執行繪圖運算工作,在處理神經網路所需的數據也非常出色。

人工神經網路應用在機器學習方面,例如語音識別和醫學診斷,具有重要的應用價值。無人駕駛汽車也須透過AI神經網路,運用攝影機來識別其他車輛、交通標誌和行人,並執行相應的轉彎、調整車速等動作。

要讓人工神經網路愈來愈聰明,現階段最普遍的做法是使用大數據加以訓練,因為龐大的資料庫有助AI識別、分類及預測各種事物及狀況。以無人車為例,AI查看數百萬張的街道影像和影片後,能夠擴充資料庫,提高行車安全。

然而,無人車目前面臨的一大難題,就是AI如何在車輛行駛時,以超高速運算能力,在極短的時間內做出反應。由於道路上的狀況瞬息萬變,若運算速度過慢,即使最終AI研判出正確的應對方式,也已錯失時機。

莫蘭多蒂教授發表在《自然》(Nature)期刊的報告中指出,目前的運算發展進入瓶頸階段,電子運算的硬體,已經接近能力的極限;然而,需要更強大運算能力的使用者和裝置,卻正快速增加;因此,他的研究團隊嘗試利用光子來傳遞訊息。

莫蘭多蒂教授指出,光子處理器傳送訊號的速度比電子快,也是網際網路繼續優化的基礎。研究團隊開發的光子處理器,由雷射、光學反射鏡、透鏡、濾波器等光學元件和設備組成,使用雷射光束進入反射鏡和透鏡組成的陣列,執行數字運算、邏輯操作、訊息儲存和處理的任務。

莫蘭多蒂教授表示,以光子代替電子,運算速度高達每秒10兆次;不僅如此,光子處理器也具備與人腦類似的容錯性,即使系統中某一個元件損壞或出錯,仍不影響最終的運算結果。

莫蘭多蒂指出,隨著現代光學與計算機技術、微電子技術的結合,他樂觀預期,在可見的將來,光子處理器將成為普遍、強大的運算工具。

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