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Neural Network Calculations at the Speed of Light Using Optical Vector-Matrix Multiplication and Optoelectronic Activation Calculs de réseaux neuronaux à la vitesse de la lumière à l'aide de la multiplication optique de matrice vectorielle et de l'activation optoélectronique

Naoki HATTORI, Jun SHIOMI, Yutaka MASUDA, Tohru ISHIHARA, Akihiko SHINYA, Masaya NOTOMI

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Résumé:

Avec les progrès rapides de la technologie nanophotonique intégrée, l’architecture du réseau neuronal optique a été largement étudiée. Étant donné que le réseau neuronal optique peut terminer le traitement d'inférence simplement en propageant le signal optique dans le réseau, il devrait être plus d'un ordre de grandeur plus rapide que la mise en œuvre uniquement électronique de réseaux neuronaux artificiels (ANN). Dans cet article, nous proposons d'abord un circuit de multiplication optique à matrice vectorielle (VMM) utilisant le multiplexage par répartition en longueur d'onde, qui permet un traitement d'inférence à la vitesse de la lumière avec une bande ultra-large. Cet article propose ensuite la mise en œuvre d'un circuit optoélectronique pour la fonction de normalisation et d'activation par lots, ce qui améliore considérablement la précision du traitement d'inférence sans sacrifier les performances en termes de vitesse. Enfin, à l’aide d’un environnement virtuel d’apprentissage automatique et d’un simulateur de circuit optoélectronique, nous démontrons le fonctionnement ultra-rapide et précis du circuit ANN optique-électronique.

Publication
IEICE TRANSACTIONS on Fundamentals Vol.E104-A No.11 pp.1477-1487
Date de publication
2021/11/01
Publicisé
2021/05/17
ISSN en ligne
1745-1337
DOI
10.1587/transfun.2020KEP0016
Type de manuscrit
Special Section PAPER (Special Section on Circuits and Systems)
Catégories

Auteurs

Naoki HATTORI
  Nagoya University
Jun SHIOMI
  Kyoto University
Yutaka MASUDA
  Nagoya University
Tohru ISHIHARA
  Nagoya University
Akihiko SHINYA
  NTT Nanophotonics Center,NTT Basic Research Laboratories
Masaya NOTOMI
  NTT Nanophotonics Center,NTT Basic Research Laboratories

Mots-clés

Table des matières