Ученые в Самаре повысили энергоэффективность фотонной вычислительной системы

Ученые Самарского университета имени Королева изменили конструкцию созданного ранее экспериментального образца аналоговой фотонной вычислительной системы, увеличив его энергоэффективность и точность обработки данных. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

«Ученые Самарского университета имени Королева создали и испытали модернизированный вариант экспериментального образца аналоговой фотонной вычислительной системы. <…> У обновленной версии увеличились энергоэффективность вычислений и точность распознавания, при этом конструкция прибора несколько упростилась», — говорится в сообщении.

Ученые создали в 2023 году экспериментальный образец аналоговой фотонной вычислительной системы, которая способна обрабатывать видеоданные в сотни раз быстрее, чем современные цифровые нейросети на основе традиционных полупроводниковых компьютеров. Установка анализирует данные, в том числе полученные гиперспектрометрами — устройствами, которые «видят» реальность в многоканальном спектральном отображении и обнаруживают объекты, невидимые для обычных средств наблюдения. При этом максимальная точность распознавания объектов доведена почти до 98%. Ученые готовятся к выпуску предсерийного образца вычислителя.

При модернизации установки ученые применили фазовый ввод оптического сигнала. «Оказалось, что он не хуже традиционного амплитудного, а по ряду задач даже намного лучше. Благодаря изменениям удалось значительно — примерно на 50%, то есть в полтора раза — повысить общую энергоэффективность устройства. <…> Снизилось количество ошибок, точность распознавания увеличилась примерно на 1%. Применив фазовый ввод, мы убрали некоторые элементы конструкции, связанные с обработкой интенсивности оптического сигнала. Конструкция стала проще, отсюда и меньше возможных источников ошибок при вычислениях», — пресс-служба приводит слова профессора кафедры технической кибернетики Самарского университета, доктора физико-математических наук Романа Скиданова.

При фазовом вводе в вычислителе происходит фазовая модуляция фронта электромагнитной волны, несущей изображение анализируемого объекта. Данные об этом изображении кодируются уже не интенсивностью света, а фазой волны. Достигнутая энергоэффективность же говорит не об экономии электричества, а об эффективности вычислений — одном из ключевых параметров для вычислительных устройств, пояснили в университете.

Ранее ученые представили модернизированную версию вычислителя на территории технопарка «Саров» в рамках визита председателя правительства России Михаила Мишустина и при участии президент Российской академии наук Геннадия Красникова, генерального директора госкорпорации «Росатом» Алексея Лихачева, научного руководителя Национального центра физики и математики (НЦФМ) Александра Сергеева.

Фотонная вычислительная система предназначена для обработки видеоданных: анализа поступающего в систему видеопотока и практически мгновенного нахождения и распознавания заданных объектов и изображений в режиме реального времени. Гиперспектральные съемка и дистанционное зондирование Земли представляют каждый пиксель полученного изображения в виде спектра, за счет чего позволяют обнаруживать объекты, невидимые для других средств наблюдения. Установка может распознавать и классифицировать заданные объекты в видеопотоке почти со скоростью света — в сотни раз быстрее современных цифровых нейросетей на основе полупроводниковых компьютеров,

Проект реализуется в рамках научной программы НЦФМ. Исследования по данному проекту финансируются со стороны Министерства науки и высшего образования РФ и госкорпорации «Росатом».