光パルスに基づくスケーラブルな光ニューラルネットワークチップの創出

创建基于光脉冲的可扩展光学神经网络芯片

• 批准号: 22K14298
• 负责人: タン ルイ
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14298/
• 关键词: 光ニューラルネットワーク; 光行列演算; 深層学習; 光計算

本研究では、スケーラブルな光ニューラルネットワークチップの実現を目指している。当該年度において、はじめに光ニューラルネットワークの核心である光行列演算用の新しいアーキテクチャを提案した。具体的に、二層導波路構造と新規な多入力ポート光検出器を用いて、光行列―ベクトル演算回路と光行列―行列演算回路を提案した。従来のコヒーレント型光回路と比較して、本行列―ベクトル演算回路ではエラーソースである各マッハ・ツェンダ干渉計を独立させることで、計算エラーを低減できることを明らかにした。また、本研究の回路構造に限らず、光行列―行列演算回路のほうが処理速度とエネルギー効率が高いことを明らかにした。４波長を使うことで、20×20以上の行列規模ではエネルギー効率を２倍向上できることを示した。続いて、得られた知見に基づいて単一波長、32×32の光行列―ベクトル演算回路と３波長、12×12の光行列―行列演算回路を設計し、商用の半導体ファウンドリーでデバイスを作製した。原理実証のため、これらの光回路では熱光学位相シフタを用いた。また、多波長を合波・分波するフィルターは可変なリング共振器フィルターを使用した。作製された光チップを実装した上で評価する必要があるため、端面研磨などの準備を行った。現在はチップの実装を進めている。これらの結果は、光ニューラルネットワークの大規模、高速、低電力化に貢献できる。

This study is aimed at the development of the new technology. When the year is over, it is time to start a new project for the optical array. Specific two-layer waveguide structure, new regulations, multi-input optical detector, optical array, optical array. In the past, the optical circuit of the optical system has been compared with the optical circuit of the optical system. The loop structure of this study is limited, and the processing speed of the optical array-array algorithm loop is high. 4 Wavelength: 20×20 or more. The design and manufacture of a 32×32 optical array-array computing circuit and a 3-wavelength, 12×12 optical array-array computing circuit for commercial semiconductors are described in detail below. The principle is to prove that the optical circuit is the opposite of the thermal optical phase. Multi-wavelength multiplexing and demultiplexing can be used as resonators. The preparation of the surface grinding is necessary for the preparation of the surface grinding. Now I'm going to put it in. The results of this research are: large-scale, high-speed, low-power contribution to the development of optical fiber.

项目成果

Two-layer integrated photonic architectures with multiport photodetectors for high-fidelity and energy-efficient matrix multiplications

具有多端口光电探测器的两层集成光子架构，用于高保真和节能的矩阵乘法

• DOI: 10.1364/oe.457258
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optics Express
• 影响因子: 3.8
• 作者: Tang Rui;Okano Makoto;Toprasertpong Kasidit;Takagi Shinichi;Englund Dirk;Takenaka Mitsuru
• 通讯作者: Takenaka Mitsuru

光行列-行列演算回路の提案

光矩阵-矩阵计算电路的提出

• 发表时间: 2022
• 作者: 唐 睿;岡野 誠;トープラサートポン カシディット;高木 信一;竹中 充
• 通讯作者: 竹中 充

多面光変換法に基づく集積光線形変換器

基于多面光转换方法的集成光学线性转换器

• 发表时间: 2023
• 作者: 唐 睿;田之村 亮汰;種村 拓夫;中野 義昭
• 通讯作者: 中野 義昭

Two-layer integrated photonic architectures for matrix-vector and matrix-matrix multiplications

用于矩阵-矢量和矩阵-矩阵乘法的两层集成光子架构

• 发表时间: 2022
• 作者: Rui Tang;Makoto Okano;Kasidit Toprasertpong;Shinichi Takagi;and Mitsuru Takenaka
• 通讯作者: and Mitsuru Takenaka

４×４ユニバーサル光集積回路での最適化の実証

4×4通用光集成电路优化演示

• 发表时间: 2023
• 作者: 唐 睿;湯 涵智;池田 和浩;岡野 誠;トープラサートポン カシディット;高木 信一;竹中 充
• 通讯作者: 竹中 充