Neuer Chip kann sich selbst konfigurieren

Optische neuronale Netzwerke stellen eine spannende Abweichung von traditionellen Ansätzen dar, indem sie Licht anstelle von elektrischen Signalen nutzen. Eine Besonderheit der Chips, die für diese Netzwerke verwendet werden, besteht darin, dass sie nachträglich umprogrammiert werden können, um andere Aufgaben zu erledigen.

Dies ist besonders nützlich, da sich solche Netzwerke vor allem für die Verarbeitung großer Datenmengen eignen, beispielsweise für die Erkennung und Interpretation von Bildern, Gesten oder Sprache, wie Phys berichtet.

Allerdings ist das Neuprogrammieren eines solchen Chips keine einfache Aufgabe. Nutzer:innen müssen den Aufbau des Chips komplett verstehen und viele kleine Einzelteile einstellen, was den Prozess kompliziert und zeitaufwendig macht.

Doch nun scheint ein Forscherteam der Huazhong University of Science and Technology in China eine Lösung für dieses Problem gefunden zu haben. Mit ihrer Entwicklung könnte die Handhabung dieser leistungsstarken optischen neuronalen Netzwerke deutlich vereinfacht und somit einem breiteren Anwenderkreis zugänglich gemacht werden.

In einem Forschungsbericht präsentieren sie einen optischen Chip, der die Fähigkeit hat, sich selbst neu zu programmieren.

„Unser neuer Chip kann als eine Blackbox behandelt werden, das bedeutet, die Nutzer müssen seine interne Struktur nicht verstehen, um seine Funktion zu ändern“, erklärte der Forschungsgruppenleiter Jianji Dong von der Huazhong Universität für Wissenschaft und Technologie in China.

„Sie müssen nur ein Trainingsziel festlegen und mit Computersteuerung wird sich der Chip selbst konfigurieren, um die gewünschte Funktionalität basierend auf der Eingabe und Ausgabe zu erreichen.“

Im Bericht demonstrieren die Forscher, wie der Chip programmiert werden kann, um unterschiedliche Funktionen zu erfüllen. So ist er in der Lage, optisches Routing durchzuführen, die Lichtenergie mit geringem Verlust aufzuteilen und Matrixberechnungen zur Erstellung neuronaler Netze auszuführen.

Der selbstprogrammierende Chip basiert auf einem Netzwerk von wellenleiterbasierten optischen Komponenten, bekannt als Mach-Zehnder-Interferometer (MZI). Das MZI-Netzwerk bildet quasi ein Netz aus Licht mit verschiedenen Knotenpunkten, die miteinander verbunden sind.

Durch den Einsatz der sogenannten Matrixmultiplikation kann der innovative Chip berechnen, welche Verbindung wie stark sein muss, um die gewünschte Konfiguration zu erzielen. Auf diese Weise lernt das Netzwerk, beziehungsweise der Chip, welche Konfiguration für welche Aufgabe erforderlich ist, und kann diese selbständig erledigen.