Ερευνητές στην Κίνα παρουσίασαν ένα έξυπνο τσιπ φωτονικής ανίχνευσης-υπολογισμού ικανό να επεξεργαστεί εκατό δισεκατομμύρια pixel σε μόλις 6 νανοδευτερόλεπτα. Αυτή η πρωτοποριακή εξέλιξη υπόσχεται να φέρει επανάσταση στην επεξεργασία εικόνας υψηλής ταχύτητας, προσφέροντας σημαντικά οφέλη για εφαρμογές ευφυΐας άκρων (edge AI), όπως η αυτόνομη οδήγηση, η βιομηχανική επιθεώρηση και η ρομποτική όραση. Το Edge AI επιτρέπει την ανάπτυξη αλγορίθμων μηχανικής μάθησης στη συσκευή ακμών που δημιουργεί δεδομένα.
Το Photonic Chip διαθέτει ταχύτητες επεξεργασίας υψηλής ταχύτητας
Το φωτονικό τσιπ, που περιγράφεται στη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Optica, είναι γνωστό ως τσιπ οπτικής παράλληλης υπολογιστικής διάταξης (OPCA). Διαθέτει εύρος ζώνης επεξεργασίας έως και εκατό δισεκατομμύρια pixel και χρόνο απόκρισης μόλις 6 νανοδευτερόλεπτα. Αυτή η ταχύτητα είναι περίπου έξι τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από τις τρέχουσες μεθόδους επεξεργασίας εικόνας, οι οποίες συνήθως περιορίζονται σε ταχύτητες επιπέδου χιλιοστών του δευτερολέπτου λόγω της ανάγκης μετατροπών οπτικού σε ηλεκτρονικό.
Η ανάγκη για ταχύτητα του Edge Computing
Το Edge computing, το οποίο περιλαμβάνει την εκτέλεση εντατικών υπολογιστικών εργασιών όπως η επεξεργασία εικόνας και η ανάλυση σε τοπικές συσκευές, εξελίσσεται σε αιχμή με την ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης (AI). Ωστόσο, η τρέχουσα τεχνολογία αντιμετωπίζει σημαντικές προκλήσεις. Σύμφωνα με τον Lu Fang από το Πανεπιστήμιο Tsinghua, “Η λήψη, η επεξεργασία και η ανάλυση εικόνων για εργασίες που βασίζονται στην άκρη, όπως η αυτόνομη οδήγηση, περιορίζεται επί του παρόντος σε ταχύτητες επιπέδου χιλιοστών του δευτερολέπτου λόγω της ανάγκης μετατροπών οπτικού σε ηλεκτρονικό”. Το νέο τσιπ OPCA παρακάμπτει αυτόν τον περιορισμό εκτελώντας όλες τις διεργασίες στον οπτικό τομέα, βελτιώνοντας δραστικά την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα.
Πώς λειτουργεί το Chip;
Τα παραδοσιακά συστήματα μηχανικής όρασης περιορίζονται από την ανάγκη μετατροπής οπτικών δεδομένων σε ηλεκτρικά σήματα για επεξεργασία, μια διαδικασία που επιβραδύνει την ταχύτητα και περιορίζει τη χωρητικότητα. Το τσιπ OPCA ξεπερνά αυτούς τους περιορισμούς διατηρώντας όλη την επεξεργασία εντός του οπτικού τομέα. Αυτό το καινοτόμο τσιπ χρησιμοποιεί μια σειρά αντηχείων δακτυλίου για να μετατρέψει απευθείας μια οπτική εικόνα σε ένα συνεκτικό φωτεινό σήμα που μπορεί να επεξεργαστεί στο τσιπ. Μια συστοιχία μικροφακών εστιάζει την εικόνα στο τσιπ, επιτρέποντας τη δημιουργία ενός πλήρους οπτικού νευρωνικού δικτύου. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει τη σύζευξη διαμορφωμένων φωτεινών σημάτων σε έναν οπτικό κυματοδηγό υψηλού εύρους ζώνης, βελτιώνοντας σημαντικά τη συνολική απόδοση και απόδοση.
Τι έπεται?
Οι πιθανές εφαρμογές του τσιπ OPCA είναι τεράστιες και ποικίλες. Ο Wei Wu, ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας, σημείωσε ότι το τσιπ και το οπτικό νευρωνικό δίκτυο θα μπορούσαν να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας πολύπλοκων σκηνών στη βιομηχανική επιθεώρηση και να βοηθήσουν στην προώθηση της τεχνολογίας ευφυών ρομπότ σε υψηλότερο επίπεδο γνωστικής νοημοσύνης. Οι ερευνητές απέδειξαν τις δυνατότητες του τσιπ χρησιμοποιώντας το για να ταξινομήσει χειρόγραφες εικόνες και να πραγματοποιήσει συνέλιξη εικόνας, υποδεικνύοντας τις δυνατότητές του για ευρείες εφαρμογές.
Κοιτάζοντας το μέλλον, η ερευνητική ομάδα εργάζεται για τη βελτίωση του τσιπ OPCA για να βελτιώσει περαιτέρω την υπολογιστική απόδοση και να την ευθυγραμμίσει πιο στενά με τα σενάρια του πραγματικού κόσμου. Στοχεύουν στη βελτιστοποίηση του τσιπ για εφαρμογές υπολογιστών αιχμής και στην αύξηση της ικανότητας επεξεργασίας του για να χειρίζεται πιο περίπλοκες και ρεαλιστικές έξυπνες εργασίες. Η μείωση του παράγοντα μορφής του τσιπ αποτελεί επίσης προτεραιότητα για τη διευκόλυνση της πρακτικής χρήσης. Ο Fang εξέφρασε την ελπίδα ότι η μηχανική όραση θα βελτιωθεί σταδιακά για να είναι ταχύτερη και πιο ενεργειακά αποδοτική χρησιμοποιώντας το φως για την εκτέλεση αισθητήρων και υπολογιστών.