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近日，據(jù)中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所消息，半導(dǎo)體所集成光電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微波光電子課題組李明研究員-祝寧華院士團(tuán)隊(duì)研制出一款超高集成度光學(xué)卷積處理器。相關(guān)研究成果以“Compact optical convolution processing unit based on multimode interference”為題發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種受生物視覺神經(jīng)系統(tǒng)啟發(fā)而發(fā)展起來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它由多層卷積層、池化層和全連接層組成。作為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分，卷積層通過對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行局部感知和權(quán)值共享，提取出不同層次和抽象程度的特征。在一個(gè)完整的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，卷積運(yùn)算的運(yùn)算量通常占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算量的80%以上。雖然卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像識(shí)別等領(lǐng)域取得了巨大的成功，但是它也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要基于馮·諾依曼架構(gòu)的電學(xué)硬件實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)單元和處理單元是分立的，這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)交換速度和能耗之間的固有矛盾。隨著數(shù)據(jù)量和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的增加，電子計(jì)算方案越來越難以滿足海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理對(duì)高速、低能耗的計(jì)算硬件的需求。

光計(jì)算是一種利用光波作為載體進(jìn)行信息處理的技術(shù)，它具有大帶寬、低延時(shí)、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，提供了一種“傳輸即計(jì)算，結(jié)構(gòu)即功能”的計(jì)算架構(gòu)，有望避免馮·諾依曼計(jì)算范式中存在的數(shù)據(jù)潮汐傳輸問題。光計(jì)算在近年來受到了廣泛關(guān)注，但大部分已報(bào)道的光計(jì)算方案中，光學(xué)元件的數(shù)量隨著計(jì)算矩陣的規(guī)模呈二次增長趨勢(shì)，這對(duì)光計(jì)算芯片規(guī)模擴(kuò)展存在巨大挑戰(zhàn)。

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