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Enregistrement W3008713859 · doi:10.1117/12.2546940

A scalable optical neural network architecture using coherent detection

2020· article· en· W3008713859 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

fundUn bailleur canadien est enregistré sur le travail.
no affAucune affiliation canadienne : ce travail est invisible pour une base fondée sur la seule affiliation.
Aucune affiliation canadienne. Une base fondée sur la seule affiliation (le devis habituel) n'aurait jamais vu ce travail. C'est l'un des travaux qui justifient l'inversion de la base.

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueNeural Networks and Reservoir Computing
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesArmy Research OfficeNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaNvidiaNational Science Foundation
Mots-clésComputer scienceScalabilityArchitectureComputer architectureArtificial neural networkArtificial intelligenceOperating system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Storing, processing, and learning from data is a central task in both industrial practice and modern science. Recent advances in modern statistical learning, particularly Deep Neural Networks (DNNs), have given record breaking performance on tasks in game playing,<sup>1, 2</sup> natural language processing,<sup>3</sup> computer vision,<sup>4</sup> computational biology,<sup>5, 6</sup> and many others. The rapid growth of the field has been driven by an increase in the amount of public datasets,<sup>7</sup> improvements to algorithms,<sup>8</sup> and a substantial growth in computing power.<sup>9</sup> In order to perform well on these tasks networks have had to grow in size, learning more complicated statistical features. The training and deployment of these large neural networks has spurred the creation of many neural network accelerators to aid in the computation of these networks.<sup>10-12</sup> Existing general purpose computing devices such as CPUs and GPUs are limited both by thermal dissipation per unit area and yield associated with large chips.<sup>13, 14</sup> The design of Application Specific Integrated circuits (ASICs) has aided in decreasing the energy consumption per workload substantially by limiting the supported operations on chip. An example of this is the first generation tensor processing unit (TPU)<sup>15</sup> which is able to perform the inference of large convolutional neural networks in datacenter in &lt;10ms with an idle power of 28W and an workload power of 40W. It may seen counterintuitive then that the limiting factor for the implementation of DNNs is not computation, but rather the energy and bandwidth associated with reading and writing data from memory as well as the energy cost of moving data inside of the ASIC.<sup>15, 16</sup> Several emerging technologies, such as in-memory computing,<sup>17</sup> memristive crossbar arrays<sup>18</sup> promise increased performance, but these emerging architectures suffer from calibration issues and limited accuracy.<sup>19</sup> Photonics as a field has had tremendous success in improving the energy efficiency of data interconnects.<sup>20</sup> This has motivated the creation of optical neural networks (ONNs) based on 3D-printed diffractive elements,<sup>21</sup> spiking neural networks utilizing ring-resonators,<sup>22</sup> reservoir computing<sup>23</sup> and nanophotonic circuits.<sup>24</sup> However, these architectures have several issues. 3D-printed diffractive networks and schemes requiring spatial light modulators are non-programmable, meaning that they are unable to perform the task of training. Nanophotonic circuits allow for an <i>O(N<sup>2</sup>)</i> array of interferometers to be programmed, providing passive matrix-vector multiplication. However, the large (&asymp;1mm<sup>2</sup>) size of on chip electro-optic interferometers means that scaling to an array of 100<i>x</i>100 would require 10; 000<i>mm</i><sup>2</sup> of silicon, demonstrating the limitations of scaling this architecture. To date no architecture has demonstrated high-speed (GHz) speed computation with more than <i>N</i> &ge; 10; 000 neurons. Here we present an architecture that is scalable to <i>N</i> &ge; 10<sup>6</sup> neurons. The key mechanism of this architecture is balanced homodyne detection. By scaling the architecture to such a large size we show that we can decimate energy costs per operation associated with the optical component of this architecture, reaching a bound set by shot noise on the receiving photodetectors which leads to classification error. We call this bound a standard quantum limit (SQL) which reaches 100zJ/MAC on problems such as MNIST. We also analyze the energy consumption using existing technologies and show that sub-fJ/MAC energy consumption should be possible. This paper is organized as follows: In section 1 we will discuss the function of this architecture as a matrixmatrix processor. In section 2 we will analyze the energy consumption of the architecture. In section 3 we will discuss methods for training and extending the accelerator to a broader scope of problems, namely convolutionally neural networks (CNNs).

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,804
Score d'incertitude au seuil0,432

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,028
Tête enseignante GPT0,237
Écart entre enseignants0,209 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

En bref

Citations4
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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