受美国空军科学研究署资助,惠普实验室的研究人员研制出一种大规模、紧凑型张量光学神经形态硬件。

神经形态硬件主要有电子、光学两种,相比电子神经形态硬件,光学神经形态硬件功耗更低、速度更快,但网络规模受限于马赫增德尔干涉仪。为此,研究人员提出一种大规模、紧凑的光学神经形态硬件。该硬件由输入层、隐藏层、输出层组成。为减少矩阵乘法所需的马赫增德尔干涉仪,将矩阵乘法用张量积表示。张量层的核心由小规模马赫增德尔干涉仪阵列与无源交叉连接组成。与传统光学神经形态硬件相比,要实现1024×1024图像处理,传统硬件需要5.2×105个马赫增德尔干涉仪以及1024阶级联,而新的硬件仅需1920个干涉仪和40阶级联,大幅减少了干涉仪数量与连接线路,降低了硬件实现复杂度与尺寸大小,硬件总面积仅27×6mm2。仿真表明,在MNIST数据集的手写数字分类任务中,新硬件实现了95%的精度。

这种光学神经网络硬件可扩展至较大规模,制造方法与CMOS工艺兼容,将促进光学神经网络硬件的应用。

论文:Large-scale and energy-efficient tensorized optical neural networks on III–V-on-silicon MOSCAP platform