近日,上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室邹卫文教授团队在光学智能计算领域取得突破性进展,研究成果以Optical coherent dot-product chip for sophisticated deep learning regression(面向复杂深度学习回归任务的光学相干点积核芯片)为题在光学领域权威期刊Light: Science & Applications上发表。该工作成功研制了一款光学相干点积核计算芯片,具有运行复杂神经网络的能力,率先在光学智能计算芯片上实现了高精度的医学图像重构任务。邹卫文教授为该论文的通讯作者,博士研究生徐绍夫为该论文的第一作者。
随着智能应用的普及,以神经网络为代表的智能算法复杂度呈现爆发性增长,庞大的算力需求给现有的数字处理器带来了极大的压力,亟待开辟新型计算模式来缓解摩尔定律增速与算力需求增速之间的矛盾关系。近年来,光学智能计算技术受到国内外学术界广泛关注。光学系统的计算时钟频率可以超过数十GHz(109 Hz),同时具备静态无功耗的特性,被认为是实现下一代高速低功耗智能计算加速器的潜在途径。学术界报道的多种光学智能计算方案虽成功验证了高速低功耗计算的能力,但所能实现的任务均是简单的分类任务,与实际应用在复杂度上存在较大差距。
团队研究布局
2016年末,邹卫文教授团队着力开展智能光学信号处理技术研究,率先验证了智能算法可以有效提升微波光子信号处理系统的性能,相关成果发表于2019年Light: Science & Applications期刊上(论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-019-0176-4),并受到微波光子学领域的广泛关注。在此基础上,团队瞄准利用光学系统实现高速高效智能计算这一目标,先后提出光学点积核、光学卷积分块技术等新型系统架构,分别解决了算法执行规模与输入端口能量效率等问题,为光学智能计算芯片的研制与应用奠定了原理基础。
光学相干点积核芯片及其封装模块
此次,邹卫文教授团队与国内合作单位(北京大学、中科院半导体所)设计并研制一款光学相干点积核计算芯片。该芯片突破了阵列化光学器件的相干调控关键技术,成功地实现了实数域计算。借助于新型片上反馈控制算法,大幅提升了光学计算的数值精度。与此前的工作相比,该芯片在数域完整度与数值精度上的突破,使其具备了执行复杂智能任务的能力。
光学相干点积核芯片重构结果与计算机结果的对比
本研究中,邹卫文教授团队利用医学图像重构任务作为验证,在芯片上成功地运行了AUTOMAP(用于通用图像重构)神经网络模型,图像重构的质量接近了32位计算机的理想水平。该工作不仅推动光学神经网络研究领域攻克实际应用难题,更为下一代智能计算技术提供了新思路。后续进一步提高芯片的器件集成规模,有望实现更高速、更低功耗的光学神经网络处理器,缓解智能算力需求剧增与传统硬件算力受限的矛盾。
该工作由上海交通大学、北京大学与中科院半导体所合作完成。上海交通大学为第一完成单位,博士研究生徐绍夫为第一作者,邹卫文教授为通讯作者。
该工作受国家重点研发计划(Program No. 2019YFB2203700)与国家自然科学基金项目(Grant No. 61822508)支持。
Shaofu Xu, Jing Wang, Haowen Shu, Zhike Zhang, Sicheng Yi, Bowen Bai, Xingjun Wang, Jianguo Liu, and Weiwen Zou, Optical coherent dot-product chip for sophisticated deep learning regression, Light: Science & Applications, vol. 10, 221, 2021. Doi: 10.1038/s41377-021-00666-8.
论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-021-00666-8
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
上海交大邹卫文团队在光学智能计算芯片研制上取得突破性进展
本站小编 Free考研考试/2022-02-12
相关话题/光学 智能 计算 工作 论文
上海交大李政道研究所徐东莲团队工作指出解决中微子磁矩谜团的新思路
上海交通大学李政道研究所徐东莲团队发表论文“UnambiguouslyResolvingthePotentialNeutrinoMagneticMomentSignalatLargeLiquidScintillatorDetectors”,对于XENON1T实验2020年探测到的异常信号,论文提出大 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大赵一新团队在Advanced Materials发表基于γ-CsPbI3微晶薄膜的深红光钙钛矿发光二极管的研究论文
近日,上海交通大学环境科学与工程学院赵一新团队在AdvancedMaterials发表了题为“Deep-RedPerovskiteLight-EmittingDiodesBasedonOne-Step-Formedγ-CsPbI3CuboidCrystallites”的研究论文。相比于有机无机杂化钙 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12李政道研究所在国际顶级期刊发表关于大动量有效理论的综述论文
近日,国际顶级学术期刊《现代物理评论》(ReviewsofModernPhysics)发表了季向东、刘乙庄、刘于圣等****以李政道研究所署名的题为Large-MomentumEffectiveTheory(大动量有效理论,简称LaMET)的综述性论文(Rev.Mod.Phys.93(2021)03 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大李金金团队在《Physics Reports》发表量子计算和机器学习综述
近日,电子信息与电气工程学院微纳电子学系李金金团队在物理学顶级期刊《PhysicsReports》上发表了题为《Machinelearningacceleratesquantummechanicspredictionsofmolecularcrystals》(机器学习加速分子晶体的量子力学预测)的综 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12李万万研究员团队在《Advanced Materials》发表体外诊断领域功能微纳米材料研究综述论文
多因子生物检测,即在复杂生物样本中同时检测一系列目标物,对于分析生物反应和过程、疾病诊断等方面都比单因子检测有着明显的优势,并对人类健康问题和生命科学的发展有着重要意义。而针对目前多因子检测领域还存在的一些关键性的问题,例如如何增加可分辨的信号数量用于待测物编码、如何提高整个体系的检测性能以满足所有 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大海洋学院曹玲关于海洋水产品未来前景的研究成果入选ESI高被引论文和热点论文
近日,据WebofScience的“基本科学指标数据库(EssentialScienceIndicators,简称ESI)”2021年5月和7月更新数据显示,我院曹玲老师以共同通讯作者在国际顶级期刊《Nature》发表的研究论文“Thefutureoffoodfromthesea”入选ESI高被引论 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大ITEWA团队在Cell Reports Physical Science期刊发表“胺嫁接层状双金属氢氧化物用于直接空气捕集二氧化碳”研究论文
近日,CellPress期刊CellReportsPhysicalScience发表了有关直接空气捕集二氧化碳研究成果Modifiedlayereddoublehydroxidesforefficientandreversiblecarbondioxidecapturefromair,论文由上海交大 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大“生物质热化学转化”创新工作室发表有关主曲线法的论文
近日,上海交大农生学院资环系本科生罗来鹏同学在热力学领域顶尖期刊《Energy》(中科院分区一区期刊,影响因子6.082)上发表题为“Insightintomasterplotsmethodforkineticanalysisoflignocellulosicbiomasspyrolysis”的研究 ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大金石、李磊的Random Batch Methods论文入选Journal of Computational Physics新设立的Seminar Series 演讲
近日,上海交通大学自然科学研究院/数学科学学院金石教授、李磊教授以及杜克大学数学系刘建国教授的论文《RandomBatchMethods(RBM)forinteractingparticlesystems》入选杂志《JournalofComputationalPhysics》新设立的SeminarS ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12上海交大生科院赵一雷团队通过理论计算揭示XimE环化酶催化的二分特性
近日,美国化学会催化领域顶级期刊《ACSCatalysis》在线刊发了上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室教授赵一雷团队在酶催化分子机制研究上的最新进展,“ComputationalExplorationofHowEnzymeXimEConvertsNaturalS-Epoxide ...上海交通大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2022-02-12