自動(dòng)駕駛和計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)進(jìn)步正在推動(dòng)對(duì)計(jì)算能力的需求激增。光計(jì)算以其高吞吐量、高能效和低延時(shí)的特點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，目前的光計(jì)算芯片在功耗和尺寸方面存在限制，這阻礙了光計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性發(fā)展。

由于非易失性集成光子學(xué)的興起，光學(xué)計(jì)算設(shè)備可以在零靜態(tài)功耗的情況下實(shí)現(xiàn)內(nèi)存計(jì)算。相變材料(PCMs)已成為實(shí)現(xiàn)光子存儲(chǔ)和非易失性神經(jīng)形態(tài)光子芯片的有希望的候選者。pcm在不同狀態(tài)和可逆轉(zhuǎn)變之間提供高折射率對(duì)比度，使其成為大規(guī)模非易失性光學(xué)計(jì)算芯片的理想選擇。

雖然非易失性集成光學(xué)計(jì)算芯片的前景是誘人的，但它也面臨著挑戰(zhàn)。頻繁和快速切換的需求對(duì)在線培訓(xùn)至關(guān)重要，這是研究人員決心克服的一個(gè)障礙。在釋放光子計(jì)算芯片的全部潛力的過程中，開辟一條通向快速有效訓(xùn)練的道路是至關(guān)重要的一步。

最近，來自浙江大學(xué)、西湖大學(xué)和中科院微電子研究所的研究人員取得了突破。據(jù)《先進(jìn)光子學(xué)》（Advanced Photonics）報(bào)道，他們開發(fā)了一種能夠快速易失性調(diào)制的五位光子存儲(chǔ)器，并提出了一種支持快速訓(xùn)練的非易失性光子網(wǎng)絡(luò)的解決方案。這是通過將低損耗PCM銻礦(Sb2S3)集成到硅光子平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)的。

基于易失性調(diào)制兼容光子存儲(chǔ)器的光學(xué)卷積核

該光子存儲(chǔ)器利用PIN二極管的載流子色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性調(diào)制，快速響應(yīng)時(shí)間小于40納秒，保留了存儲(chǔ)的重量信息。經(jīng)過訓(xùn)練后，光子存儲(chǔ)器利用PIN二極管作為微加熱器實(shí)現(xiàn)Sb2S3的多電平可逆相變，從而將訓(xùn)練后的權(quán)值存儲(chǔ)在光子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中。這導(dǎo)致了一個(gè)令人難以置信的節(jié)能光子計(jì)算過程。

利用所演示的光子存儲(chǔ)器和工作原理，研究小組模擬了一個(gè)光學(xué)卷積核結(jié)構(gòu)。值得注意的是，他們?cè)谧R(shí)別MNIST數(shù)據(jù)集方面達(dá)到了95%以上的準(zhǔn)確率，證明了通過易失性調(diào)制進(jìn)行快速訓(xùn)練和通過5位非易失性調(diào)制進(jìn)行權(quán)值存儲(chǔ)的可行性。

這項(xiàng)工作為光子記憶建立了一個(gè)新的范例，并為在快速訓(xùn)練的光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)非易失性器件提供了一個(gè)有前途的解決方案。有了這些進(jìn)步，光學(xué)計(jì)算的未來看起來比以往任何時(shí)候都更加光明。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2023-07-harnessing-power-advancements-photonic-memory.html