Самарские ученые модернизировали фотонный вычислитель

В обновленной версии выросли энергоэффективность и точность обработки данных.

Ученые Самарского университета им. Королёва создали и испытали модернизированный вариант экспериментального образца аналоговой фотонной вычислительной системы, способной обрабатывать видеоданные в сотни раз быстрее, чем это делают современные цифровые нейросети на основе традиционных полупроводниковых компьютеров. У обновленной версии увеличились энергоэффективность вычислений и точность распознавания, при этом конструкция прибора несколько упростилась.

"Мы внесли в конструкцию созданного ранее экспериментального образца вычислителя ряд изменений, в результате получилась модернизированная версия с улучшенными показателями. В этой версии мы применили фазовый ввод оптического сигнала: оказалось, что он ничуть не хуже традиционного амплитудного, а по ряду задач даже намного лучше. Благодаря изменениям удалось значительно – примерно на 50%, то есть в полтора раза – повысить общую энергоэффективность устройства. Дело здесь, конечно, не в экономии электричества, а в эффективности вычислений, этот параметр является одним из ключевых для вычислительных устройств. Кроме того, снизилось количество ошибок, точность распознавания увеличилась примерно на 1%. Применив фазовый ввод, мы убрали некоторые элементы конструкции, связанные с обработкой интенсивности оптического сигнала. Конструкция стала проще, отсюда и меньше возможных источников ошибок при вычислениях. Учитывая, что мы уже очень близки к 100%, каждый новый шаг по увеличению точности – это весьма сложная задача, на этом уровне увеличение на 1% является очень значительным показателем", – рассказал профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета им. Королёва, доктор физико-математических наук Роман Скиданов.

Фазовый ввод связан с одной из основных характеристик оптического сигнала, в числе которых амплитуда (интенсивность), фаза и поляризация. При фазовом вводе в вычислителе происходит фазовая модуляция фронта электромагнитной волны, несущей изображение анализируемого объекта. То есть данные об этом изображении, можно сказать, кодируются не интенсивностью света, а фазой волны. Это примерно как различные виды модуляции в радиовещании: на средних и длинных волнах применяется амплитудная модуляция, а в FM-диапазоне – частотная модуляция, и разница в способах модуляции очень сильно отражается на качестве звучания радиостанций.

Модернизированная версия вычислителя была представлена на территории технопарка "Саров" в рамках визита председателя Правительства Российской Федерации Михаила Мишустина. На мероприятии присутствовали Президент Российской академии наук Геннадий Красников, генеральный директор государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" Алексей Лихачёв, научный руководитель НЦФМ Александр Сергеев.

Разработку представила молодая команда разработчиков Самарского университета им. Королёва: аспирант Юрий Ханенко, студенты четвертого курса Алексей Пронин, Александр Морозов и Даниил Сорокин.

"Наша разработка вызвала широкий интерес и получила самые высокие оценки от многих участников встречи", – отметил Роман Скиданов.

В настоящее время в университете также ведется сборка опытного образца фотонного вычислителя, он создается на основе схемы экспериментального образца и будет, по словам разработчиков, являться практически предсерийным образцом.

Фото: Самарский университет