המדענים הסינים מאלצים רובוטים לחשוב מיידית, מה שמאיץ את פיתוח הפוטוניקה הסיליקונית

חדשות על פריצת דרך בחישובים נוירומורפיים פוטוניים

מדענים מאוניברסיטת סידיאן (Xidian University) יצרו את השבב הנוירומורפי הראשון המלא באור, המסוגל ללמוד באמצעות חיזוק מבלי להעביר אותות לחשמל. האירוע מסמן מעבר מהרשתות קוונטיות פוטוניות לינאריות לרכיבים לא לינאריים – צעד מכריע ליישומים מעשיים.

למה זה חשוב
- אין צורך בהמרה: המרת פוטונים אלקטרונים והחזרה גורמת לאיבוד אנרגיה וזמן. במערכות בזמן אמת (בוטיקה, נהיגה אוטונומית) עיכובים כאלה עלולים לגרום לכשל ציוד או אפילו לתאונות.

- אינטראקציה בטוחה בין רובוטים לבני אדם: פיתוח שבבים פוטוניים אוניברסליים פותח את הדרך למערכות אינטליגנטיות אמינות ויעילות אנרגטית יותר.

שבעה שלוש בעיות
1. קיומם של מערכי נוירונים קופצים לא לינאריים עם סף פעילות נמוך – כעת אפשר למקם נוירונים צפוף יותר.

2. שבבים תכנותיים מלאים – בעבר הם היו "חדים" (תוכנת חומרה).

3. לימוד פוטוני חיזוק – עכשיו מתבצע בזכות הארכיטקטורה החדשה.

ארכיטקטורת הפרוטוטיפ
| רכיב | תיאור |
|---|---|
| שבב פוטוני בעל 16 ערוצים | מכיל 272 פרמטרים נלמדים, מבוסס על מטריצה של 16×16 אינטראפומטרים מאה-זנדר. |
| שבב עם לייזרים ומשוב | משתמש בסופקיט מלאכותי לאור נמוך סף פעילות קופצת. |
| מסגרת חומרה ותוכנה | מלמד תחילה בתוכנה, מעביר לשבבים, ואז ממשיך ללמוד בהתחשב באפשרויות החומרה. |

בדיקות
- CartPole (איזון מוט) – דיוק כמעט זהה למודל התוכנתי (פגיעה 1,5 %).
- Pendulum (סיבוב מחוג) – פגיעה 2 %.
- בשתי המשימות, השהיית חישובים הייתה רק 320 פיקוסקנד.

יעילות
| סוג | צריכת אנרגיה | צפיפות |
|---|---|---|
| לינארי | 1,39 TOPS/Вт | 0,13 TOPS/mm² |
| לא לינארי | 987,65 GOPS/Вт | 533,33 GOPS/mm² |

המספרים מציבים את המערכת הפוטונית בקטגוריית GPU מבחינת יעילות אנרגטית (≈1 TOPS/Вт) וצפיפות (0,1–0,5 TOPS/mm²), אך מסתמכת באופן מלא על עיבוד אור ומניעת אובדן המרה.

הזדמנויות
- נהיגה עצמאית
- רובוטים אינטליגנטיים
- חישובים פריפריאליים עם השהיה נמוכה מאוד ואנרגיה מינימלית

בהמשך מתוכנן להרחיב את השבב ל-128 ערוצים, כדי להתמודד עם משימות מורכבות יותר (ניורומורפית ניווט עצמאית) וליצור מכשירים פוטוניים נוירומורפיים קומפקטיים ומזמזמים.

סיכום: הפיתוח מציע דרך חדשה לאינטליגנציה מלאכותית יעילה אנרגטית מבוססת קפיצות אור, שיכולה לשנות באופן מהותי את הגישות לבוטיקה ולמערכות עצמאיות.