8 月 8 日消息,，據(jù)清華大學(xué)官方消息,，清華大學(xué)電子工程系方璐教授課題組、自動(dòng)化系戴瓊海院士課題組另辟蹊徑,，首創(chuàng)了全前向智能光計(jì)算訓(xùn)練架構(gòu),，研制了“太極-II”光訓(xùn)練芯片，實(shí)現(xiàn)了光計(jì)算系統(tǒng)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效精準(zhǔn)訓(xùn)練,。

該研究成果以“光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全前向訓(xùn)練”為題,，于北京時(shí)間 8 月 7 日晚在線發(fā)表于《自然》期刊。

清華大學(xué)電子系為論文第一單位,，方璐教授,、戴瓊海教授為論文的通訊作者，清華大學(xué)電子系博士生薛智威,、博士后周天貺為共同一作,，電子系博士生徐智昊、之江實(shí)驗(yàn)室虞紹良博士參與了該項(xiàng)工作,。該課題受到國(guó)家科技部,、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心,、清華大學(xué)-之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研究中心的支持,。

Nature 審稿人在審稿評(píng)述中指出“本文中提出的想法非常新穎，此類(lèi)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ONN）的訓(xùn)練過(guò)程是前所未有的,。所提出的方法不僅有效,，而且容易實(shí)現(xiàn)。因此,，它有望成為訓(xùn)練光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他光學(xué)計(jì)算系統(tǒng)的廣泛采用的工具,。”

據(jù)清華大學(xué)官方介紹,，近年間,，具有高算力低功耗特性的智能光計(jì)算逐步登上了算力發(fā)展的舞臺(tái)。通用智能光計(jì)算芯片“太極”首次將光計(jì)算從原理驗(yàn)證推向了大規(guī)模實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,，擁有 160TOPS / W 的系統(tǒng)級(jí)能效,，但現(xiàn)有的光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練嚴(yán)重依賴(lài) GPU 進(jìn)行離線建模并且要求物理系統(tǒng)精準(zhǔn)對(duì)齊。

據(jù)論文第一作者,、電子系博士生薛智威介紹,，在太極-II 架構(gòu)下,，梯度下降中的反向傳播化為了光學(xué)系統(tǒng)的前向傳播，光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練利用數(shù)據(jù)-誤差兩次前向傳播即可實(shí)現(xiàn),。兩次前向傳播具備天然的對(duì)齊特性,，保障了物理梯度的精確計(jì)算。由于不需要進(jìn)行反向傳播,，太極-II 架構(gòu)不再依賴(lài)電計(jì)算進(jìn)行離線的建模與訓(xùn)練,，大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)高效光訓(xùn)練終于得以實(shí)現(xiàn)。

論文研究表明,，太極-II 能夠?qū)Χ喾N不同光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練,，并在各種任務(wù)下均表現(xiàn)出了卓越的性能：

大規(guī)模學(xué)習(xí)領(lǐng)域：突破了計(jì)算精度與效率的矛盾，將數(shù)百萬(wàn)參數(shù)的光網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度提升了 1 個(gè)數(shù)量級(jí),，代表性智能分類(lèi)任務(wù)的準(zhǔn)確率提升 40%,。

復(fù)雜場(chǎng)景智能成像：弱光環(huán)境下（每像素光強(qiáng)度僅為亞光子）實(shí)現(xiàn)了能量效率為 5.40×10^6 TOPS / W 的全光處理，系統(tǒng)級(jí)能效提升 6 個(gè)數(shù)量級(jí),。在非視域場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)了千赫茲幀率的智能成像,，效率提升 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域：在不依賴(lài)任何模型先驗(yàn)下可自動(dòng)搜索非厄米奇異點(diǎn),，為高效精準(zhǔn)解析復(fù)雜拓?fù)湎到y(tǒng)提供了新思路,。