近日(ri)，據中國科學院半導體研究所消息，半導體所(suo)集成光電子學國家重點實驗室微波(bo)光電子課(ke)題組李明研究員-祝(zhu)寧(ning)華院士團隊研制(zhi)出一款超高集成(cheng)度(du)光學卷積(ji)處理器。相關研究成(cheng)果以“Compact optical convolution processing unit based on multimode interference”為題發表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。
卷(juan)(juan)積(ji)(ji)神(shen)經(jing)網(wang)絡是一種受(shou)生物視(shi)覺神(shen)經(jing)系(xi)統啟(qi)發而發展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)人工神(shen)經(jing)網(wang)絡，它由(you)多層(ceng)卷(juan)(juan)積(ji)(ji)層(ceng)、池化層(ceng)和(he)全連(lian)接層(ceng)組成(cheng)。作為卷(juan)(juan)積(ji)(ji)神(shen)經(jing)網(wang)絡的(de)核心組成(cheng)部分，卷(juan)(juan)積(ji)(ji)層(ceng)通過對(dui)輸(shu)入數據進行局部感(gan)知和(he)權(quan)值共享，提取出不(bu)同層(ceng)次(ci)和(he)抽(chou)象(xiang)程度的(de)特征。在一個(ge)(ge)完(wan)整(zheng)的(de)卷(juan)(juan)積(ji)(ji)神(shen)經(jing)網(wang)絡中，卷(juan)(juan)積(ji)(ji)運算的(de)運算量通常占整(zheng)個(ge)(ge)網(wang)絡運算量的(de)80%以(yi)上。雖然卷積神(shen)經網絡在圖(tu)像識別(bie)等領(ling)域取得了巨(ju)大的(de)成(cheng)功，但是它也(ye)面臨著巨(ju)大的(de)挑戰。傳統(tong)的(de)卷積神(shen)經網絡主要基(ji)于馮·諾依曼架構的(de)電(dian)學硬(ying)件實現，存儲單(dan)(dan)元和(he)處理單(dan)(dan)元是分立的(de)，這(zhe)導致了數據交(jiao)換速度和(he)能耗(hao)(hao)之間的(de)固有矛(mao)盾(dun)。隨著數據量(liang)和(he)網絡(luo)復雜度的(de)增(zeng)加，電(dian)子計算方(fang)案越來越難以滿足(zu)海量(liang)數據實時處理對高(gao)速、低能耗(hao)(hao)的(de)計算硬(ying)件的(de)需求。
光計算是(shi)一種(zhong)利(li)用光波作為載體進行信息處理(li)的技術，它(ta)具(ju)有大帶寬(kuan)、低(di)延時、低(di)功(gong)耗等優點，提供了(le)一種(zhong)“傳輸(shu)即計算(suan)，結構(gou)即功能”的計(ji)算架構，有望避(bi)免馮·諾依曼(man)計算(suan)范(fan)式中(zhong)存在的(de)數據(ju)潮汐傳(chuan)輸問題。光(guang)計算(suan)在近年來受到了廣泛(fan)關注，但(dan)大部分已報道的(de)光(guang)計算(suan)方(fang)案(an)中(zhong)，光(guang)學元件的(de)數量隨(sui)著計算(suan)矩陣的(de)規(gui)模(mo)呈二次增長(chang)趨勢，這對光(guang)計算(suan)芯片規(gui)模(mo)擴展(zhan)存在巨大挑戰。
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