de.wedoany.com-Bericht: Chinesische Forscher haben das Digital Twin Optical Computing System (DT-OCS) entwickelt, um die Forschungseinschränkungen zu überwinden, die durch den eingeschränkten Zugang zu physischer Hardware in herkömmlichen optischen Rechensystemen entstehen. Die Ergebnisse wurden in Opto-Electronic Advances veröffentlicht.
Vor dem Hintergrund zunehmender Arbeitslasten durch groß angelegte Künstliche Intelligenz und Deep Learning nutzt die Optikrechnung die Interferenz und Beugung von Licht und zeigt Potenzial in Geschwindigkeit, Energieeffizienz und paralleler Verarbeitungsfähigkeit, das über herkömmliche elektronische Systeme hinausgeht. Allerdings ist die Aufgabenentwicklung in herkömmlichen optischen Rechensystemen stark auf den direkten Zugriff auf physische Hardware angewiesen. Forscher müssen oft Schlange stehen, um Geräte zu nutzen, Parameter wiederholt anpassen und Fehler kalibrieren. Nach der Nutzung durch eine Person muss der Systemzustand zurückgesetzt werden, was zu ineffizienter paralleler Forschung und hohen Kosten für Versuch und Irrtum führt.
Um diese Hürde zu überwinden, hat das Forschungsteam ein digitales Zwillingsmodell entwickelt, das die Eingabe-Ausgabe-Reaktion des physischen optischen Rechensystems unter verschiedenen Konfigurationsparametern vollständig in der Software nachbildet. Das Team beschreibt DT-OCS als einen hochpräzisen Simulator, der es Forschern ermöglicht, ohne direkten Zugriff auf die physische Hardware zu entwickeln und zu validieren.
Das Forschungsteam kombinierte DT-OCS mit einem Hochgeschwindigkeits-Optikrechensystem und einem siliziumphotonischen Merkmalsberechnungs-Chip und testete es bei Bildklassifizierungs- und sequenziellen Entscheidungsaufgaben. Die Ergebnisse zeigten, dass die im digitalen Zwilling trainierten und optimierten Konfigurationsparameter direkt auf das physische System übertragen werden konnten, ohne zusätzliche Anpassungen. Die Aufgabenleistung auf der physischen Hardware stimmte eng mit den Vorhersagen des digitalen Modells überein, was die Genauigkeit und Übertragbarkeit der Methode bestätigte. Da Training und Optimierung hauptsächlich im digitalen Bereich stattfanden, konnten mehrere Forscher gleichzeitig an verschiedenen Aufgaben arbeiten, ohne auf gemeinsame Hardware warten zu müssen.
Das Forschungsteam hat das DT-OCS-Framework und die zugehörigen Datensätze veröffentlicht, um es als „eine reproduzierbare, zugängliche und erweiterbare Software-Ressource für breitere gemeinsame Nutzung und Validierung“ zu etablieren. Diese offene Initiative verwandelt die Optikrechnung von einer spezialisierten Ressource, die durch Geräteverfügbarkeit eingeschränkt ist, in eine Plattform, die eher einem gemeinsamen, reproduzierbaren Forschungsumfeld ähnelt. Die Forscher sind der Ansicht, dass zukünftige optische Rechensysteme physische Hardware mit offenen digitalen Modellen kombinieren sollten, die ein äquivalentes Rechenverhalten bieten. Sie ziehen einen Vergleich zum modernen Verkehr, der sowohl auf physischen Straßen als auch auf digitalen Karten basiert, und weisen darauf hin, dass ausgereifte optische Rechenplattformen in Zukunft eine ähnliche duale Struktur benötigen.
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