8.3.Перспективные технологии реализации нейрокомпьютеров
Активизация разработок НК в конце 80х годов ХХ века резко расширила спектр применяемых технологий, среди которых наиболее перспективными кажутся оптические, биоэлектронные (молекулярные) и нанотехнические методы обработки информации.
8.3.1.Оптические и оптоэлектронные нк
В пользу оптических НК говорят следующие соображения:
возможность обработки информации в виде двумерных массивов;
световые сигналы не взаимодействуют друг с другом, что позволяет организовать практически полностью параллельную обработку информации дву– и трехмерными структурами ИНС;
характерная для оптики низкая точность вычислений, катастрофичная для обычных компьютеров, вовсе не критична для ИНС с большим числом параллельных каналов связи;
скорость передачи информации в оптических НК (ОНК) близка к скорости света;
оптический сигнал можно модулировать не только по амплитуде и фазе, но и по цвету и поляризации;
размеры оптических компонентов (~1…100 мкм) соизмеримы с элементами ИС, однако возможность трехмерной обработки резко уменьшает размеры ОНК;
пассивные элементы оптики, выполняющие операции векторно–матричного умножения (голографические системы и дифракционные решетки), не требуют затрат энергии вообще;
оптическая элементная база значительно менее чувствительна к дефектам материалов и радиации;
стоимость оптической элементной базы соизмерима со стоимостью СБИС, а производительность ОНК как минимум на 5 порядков выше;
оптические НК полностью исключают возможность несанкционированного доступа к обрабатываемой информации, поскольку свет надежно (без паразитных излучений) локализуется в пределах конструкции.
Однако чисто оптические устройства имеют собственные физические характеристики, которые часто не соответствуют требованиям ИНС, поэтому в практических реализациях используются оптоэлектронные компоненты, среди которых наиболее распространены векторно–матричные умножители и голографические корреляторы.
Электронно–оптические векторно–матричные умножители в качестве матрицы весов (рис. 8.1) используют фотопленку, у которой прозрачность каждого квадрата пропорциональна весу, в результате чего выход каждого фотодетектора является сверткой между входным вектором и соответствующим столбцом матрицы весов. Умножение выполняется параллельно, при использовании быстродействующих свето– и фотодиодов – менее, чем за наносекунду, причем скорость умножения практически не зависит от размерности массива, что позволяет наращивать ИНС без существенного увеличения времени вычислений. Для изменения весов вместо фотонегатива возможно использование жидкокристаллического клапана.
В голографических корреляторах образцы изображений запоминаются в виде голограммы (плоской и объемной) и восстанавливаются при когерентном освещении в петле ОС. Входное изображение (зашумленное, неполное) оптически коррелирует со всеми запомненными, корреляции обрабатываются пороговой функцией и подаются на вход, где наиболее сильные корреляции корректируют (или завершают) входной образ. Процесс повторяется многократно, до стабилизации системы на требуемом изображении.
В настоящее время ограничения оптоэлектронных устройств создают множество серьезных проблем, которые должны быть решены раньше, чем ОНК получат широкое распространение. Однако оптические НС предлагают настолько большие выгоды с точки зрения скорости и плотности внутренних связей (рис. 8.2), а также возможности реализации практически любой архитектуры, что можно надеяться на быстрый прогресс в этой области.
