石墨烯的薄片,構建類人腦計算機晶片的關鍵

2021-02-24 CIOE中國光博會

　　石墨烯的微小薄片，是構建以類似於人腦的方式處理信息的計算機晶片的關鍵。——使得晶片運行速度大大增長，可以用來做更好的圖像識別，甚至包括控制高超音速飛機系統。


　　研究人員正在開發由電晶體網絡組成的所謂的神經形態晶片，即電晶體網絡的網絡交互方式類似神經原，使其可以比傳統晶片更快速、精準地處理如視覺信息等的模擬輸入。

　　建立這種電晶體網絡的一種方法是，組建一組依靠「尖峰」編碼方法的雷射器。根據輸入，雷射器要麼會在輸出光子時提供一個短暫尖峰脈衝，要麼沒有任何反應。這些神經電晶體不再使用電晶體打開或關閉的狀態代表數位訊號的1和0，而是利用尖峰脈衝之間的時間間隔來代表。

　　「我們基本上是把時間作為一種形式的編碼信息，」BhavinShastri說，他是普林斯頓大學電氣工程專業的班廷班的博士後說。計算是基於該脈衝的時間和空間位置。「這是一種神經元與神經元之間溝通的根本途徑，」他說。

　　在NatureScientificReports自然科學報告的最新一期中，Shastri與普林斯頓大學電氣工程的教授PaulPrucna一起描述了他們的工作。他說構建這樣的晶片的挑戰之一是，讓雷射在皮秒的時間尺度內有尖峰脈衝，即一秒的萬億分之一之內。通過將一小片石墨烯放在半導體雷射器內，該小組實現了這一點。石墨烯作為「可飽和吸收器」，吸納光子後，可在某一時間快速爆發釋放出來。

　　結果表明，石墨烯構成了良好的可飽和吸收器。因為它可以快速地吸收和釋放出大量的光子，而且可在任何波長下工作;所以發射不同顏色的雷射器可被同時使用，通過加速處理使其不彼此幹擾。

　　石墨烯的存在也不影響雷射內產生的所有能量。該團隊使用一個實驗臺上的相對較大的雷射器展示了效果，如果把雷射器按比例縮小從而在一個晶片上放更多這樣的雷射器，應該也沒問題，Shastri說。

　　為了讓我們看到這種處理的優勢，Shastri說，可以想像去打一隻蒼蠅是怎樣的。當你的手移動去抓果蠅的時候，果蠅的神經網絡通過處理光的移動模式，使自己可以採取快速的躲避動作。類似的系統可被用來控制超音速噴氣機，或者也可用在戰鬥機飛行員剛剛註冊完成其即將被飛彈擊中的信息時，激活彈射座椅。基於類似於這種潛在的應用前景，美國國防部高階研究計劃署投資了這種處理器的類似研究。

　　來源：人工智慧學家 文/閆蓋

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