المعلوماتية > الذكاء الصنعي
الشبكات العصبوضوئيّة
هيمنت الشّبكات العُصبونيّةُ على عالم الحوسبة في الآونةِ الأخيرةِ بشكلٍ كبيرٍ وقد اعتمد عليها الباحثون في تطوير آلاتٍ تتعلَّمُ عدداً هائلاً من المهاراتِ كانت في السّابقِ حكراً على البشر أنفسهم كالتّعرُّف على الوجه، ومعالجةِ اللّغاتِ الطّبيعيّةِ، والتّرجمةِ الآليّةِ. كلُّ هذه المهاراتِ، وأكثرَ من ذلك، أصبحت الآن روتينيّةً للآلات.
وبالتّالي تزايد التَّوجُّهُ نحو خلق شبكاتٍ عصبيّةٍ قادرةٍ على دفع حدودِ الذّكاءِ الصِّناعيِّ إلى مسافاتٍ أبعدَ. وتركَّزَت الجهود على التّوصل إلى داراتٍ إلكترونيّةٍ تعملُ كأشباهٍ للخلايا العصبيّة والّتي تسمّى خلايا عصبيّة صناعيّة neuromorphic، ولكن يبقى السّؤال كيف يمكن جعل هذه الدّارات تعملُ بشكلٍ أسرعَ.؟ هذا ما كان يعمل عليه باحثون في جامعة برينستون في ولاية نيوجرسي في الولايات المتّحدة، حيث توصّلوا لبناء دارةٍ عصبيّةٍ صناعيّةٍ سيلِكونيّةٍ ضوئيّةٍ متكاملةٍ فائقةِ السّرعة.
من الجدير بالذّكر أنَّ الحَوسَبَةَ الضّوئيّةَ بَدَأَت منذ زمنٍ طويلٍ تُشكّلُ أملَ علومِ الحاسوب لما تسمح به الفوتوناتُ من عرضِ نطاقٍ أكبرَ وبالتّالي إمكانيّةٌ لمعالجةِ كميّةٍ أكبرَ من المعلوماتِ، لكنّ الحوسبةَ الضّوئيّةَ بقيت مقيّدةً بتكلفتها العاليةِ ممّا حدَّ من اعتمادها على نطاقٍ واسعٍ إلّا أنّ الأمر قد تغيّرَ بعض الشّيء في بعض المجالات كمعالجةِ الإشارةِ التّماثليّةِ الّتي تتطلّبُ سرعةً عاليةً في معالجةِ البياناتِ لا تتوفّر إلّا في الحوسبةِ الضّوئيّةِ.
تفتحُ الشّبكاتُ العصبيّةُ الآن فرصةً جديدةً للضّوئيّاتِ. "الشّبكاتُ العصبيّةُ المبنيّةُ على شرائحَ ضوئيّةٍ من السّيليكون سهّلت علينا التّوصّلَ إلى أنظمةٍ جديدةٍ لمعالجةِ المعلوماتِ فائقةِ السّرعةِ في مجالاتٍ عديدةٍ كالتّحكُّمِ والإرسالِ الرّاديَويِّ والحَوسبةِ لأغراضٍ علميّةٍ.
يُعدُّ إنتاجُ جهازٍ ضوئيٍّ تملك فيه كلُّ عقدةٍ خصائصَ استجابةِ الخلايا العصبيّةِ هو التّحدي الأكبر، حيث تقوم كلُّ عقدةٍ بدورِ دليلٍ موجةٍ ضوئيّةٍ منحوتٍ ضمنَ السّيلِكون يُشكِّلُ دارةً ضوئيّةً يمرُّ فيها الضّوء، ويمكن في هذا النّظام أن يؤدّي أيُّ تغييرٍ بسيطٍ في تدفّقِ الضّوءِ إلى تغييرٍ كبيرٍ على سلوكِ أشعةِ اللّيزر.
بشكلٍ حاسمٍ، كلُّ عقدةٍ في النّظامِ تتجاوبُ مع طولِ موجةٍ مُحدّدةٍ من الضّوءِ، يمكنُ جمع مستوياتِ الضّوء الّتي تمَّ استشعارها باستخدامِ مُستشعراتِ الطّاقةِ قبل أن يتمَّ إدخالُها في اللّيزر. وذلك ما يُعرف بتقنيّة تعرُّفِ الإرسالِ المتعدِّدِ بالتّقسيمِ الموجيِّ. (wave division multiplexing.) ويتمُّ إدخالُ تغذيةِ ليزرٍ راجعةٍ إلى العقدِ لإنشاء دائرةِ ردودِ الفعل ذات الطاّبع غيرِ الخطيِّ.
ويبقى السّؤالُ المطروحُ كم يقترب هذا السّلوكُ الخطيُّ من محاكاةِ السّلوكِ العصبيِّ، تجارب الباحثون وقياساتهم أشارت إلى أنّ المخرجات تحاكي رياضيّاً جهازاً اسمه الشّبكاتُ العصبيّةُ المتكرّرةُ المستمرةُ زمنيّاً ممّا يعني إمكانيّةََ استخدامِ الأدواتِ البرمجيّةِ ذاتِها المستخدَمَةِ في تلك الشّبكاتِ في الشّبكاتِ الضّوئيّةِ. ممّا يعني أنّ الشّريحةَ الّتي طوّرها الباحثونَ جاهزةً لكي توضع في مواجهةِ العديد من المسائل البرمجيّةِ الاختباريّةِ وقد بدأ فريقُ الباحثينَ باختبار شبكةٍ عصبونيّةٍ ضوئيّةٍ من 49 عقدةٍ ضوئيّةٍ أمام حلِّ مسألةٍ رياضيّةٍ تحاكي نوعاً من المعادلاتِ التّفاضليّةِ بالمقارنةِ مع وحدة معالجةٍ مركزيّةٍ تقليديّةٍ .
ويقول الباحثون بأنَّ معدَّل تسريع الأجهزة قد وصل إلى 1960X في هذه التّجربةِ وزيادةُ في السّعةِ بمقدارِ ثلاثةِ أضعافِ المطال
ممّا يفتحُ الأبوابَ أمامَ صناعةٍ جديدةٍ كليّاً قد تجلبُ الحوسبةَ الضوئيّةَ إلى الصّدارةِ بفضلِ تقنيّاتِ شرائحِ السّيلِكونِ الضّوئيّةِ .
هذا وقد عمل باحثون آخرون بنفس الاتّجاه على مشاريعَ أخرى حيث قام بعض الباحثين من معهد MIT بالعمل على معالجاتٍ نانويّةٍ ضوئيّةٍ قابلةٍ للبرمجةِ ممّا يُبَشِّرُ بمستقبلٍ واعدٍ للحوسبةِ الضّوئيّةِ.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
المصدر:
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
مقالات ذات صلة:
عصر الحوسبة الجديد: رقاقة مستوحاة من الدماغ البشري (هنا)
تشابك فوتونين فقط: خطوة أخرى نحو الحوسبة الكمومية (هنا)