Um grupo de investigadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, em parceria com a Nokia, anunciou a criação de um chip fotónico inovador que efectua opticamente os principais cálculos de uma rede neural profunda, tudo no mesmo chip de luz.
O chip óptico efectuou os cálculos-chave para uma tarefa de classificação de aprendizagem de máquina em menos de meio nanossegundo, e fê-lo com uma precisão superior a 92%, um desempenho ao nível do hardware electrónico tradicional.
Outra vantagem é que o chip, constituído por módulos interligados que formam uma rede neural óptica, foi fabricado utilizando processos de fundição comerciais, o que permitirá aumentar a escala da tecnologia e integrá-la em computadores electrónicos.
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As redes neuronais profundas são constituídas por muitas camadas interligadas de nós, ou “neurónios artificiais”, que manipulam os dados de entrada para produzir uma saída. Uma operação-chave envolve a utilização de álgebra linear para efectuar multiplicações de matrizes, que transformam os dados à medida que são passados de camada para camada.
Mas, para além destas operações lineares, as redes neuronais profundas também precisam de realizar operações não lineares, que ajudam o modelo a aprender padrões mais complexos.
A proposta da equipa é precisamente trabalhar para aumentar a escala do chip fotónico e integrá-lo na electrónica do mundo real, como câmaras ou sistemas de telecomunicações
Em 2017, o mesmo grupo demonstrou um chip fotónico capaz de realizar a multiplicação de matrizes com luz. Mas esse dispositivo não conseguia executar operações não lineares, o que exigia que os dados ópticos fossem convertidos em sinais eléctricos e enviados para um processador digital para efectuar as operações não lineares.
Agora, os investigadores ultrapassaram esta falha utilizando um bloco de circuitos a que chamaram NOFU, que combina electrónica e óptica para implementar operações não lineares no próprio chip. Bastaram três camadas de NOFU para construir um processador de luz que efectua operações lineares e não lineares.
Todo o circuito foi fabricado utilizando a mesma infra-estrutura e os mesmos processos de fundição que produzem os chips de computador CMOS. Isto significa que o chip pode ser fabricado à escala industrial, utilizando técnicas testadas e comprovadas que introduzem muito poucos erros no processo de fabrico.
A proposta da equipa é precisamente trabalhar para aumentar a escala do chip fotónico e integrá-lo na electrónica do mundo real, como câmaras ou sistemas de telecomunicações. Além disso, os investigadores querem explorar algoritmos que possam tirar partido dos benefícios da óptica para treinar sistemas mais rapidamente e com melhor eficiência energética.
“Há muitos casos em que o desempenho do modelo não é a única coisa que importa, mas também a rapidez com que se pode obter uma resposta. Agora que temos um sistema completo que pode executar uma rede neural na óptica, numa escala de tempo de nanossegundos, podemos começar a pensar a um nível mais elevado sobre aplicações e algoritmos”, concluiu o investigador Saumil Bandyopadhyay
