近日，智能科技學(xué)院顧敏院士、張軼楠教授在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了題為“Femtosecond laser direct nanolithography of perovskite hydration for temporally programmable holograms”（飛秒激光鈣鈦礦水合納米光刻實(shí)現(xiàn)時(shí)域可編程全息圖）的重要研究成果，首次報(bào)道了時(shí)域可編程的光學(xué)全息和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。智能科技學(xué)院張軼楠教授、祝圣亭博士生為共同第一作者，顧敏院士和張軼楠教授為通訊作者，胡津銘助理研究員為合作作者，上海理工大學(xué)為唯一單位。
以ChatGPT為代表的人工智能浪潮正在席卷全球，對(duì)基于馮·諾依曼架構(gòu)的電子計(jì)算機(jī)芯片算力和能耗提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。光子芯片利用光子代替電子進(jìn)行光計(jì)算，具有速度快、能耗低、帶寬高等優(yōu)勢(shì)，是人工智能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。近年來(lái)，基于光學(xué)數(shù)字化全息技術(shù)的衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有高并行性、高集成度和高算力的優(yōu)勢(shì)，成為光計(jì)算的一個(gè)重要平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)類腦存算一體化芯片的重要技術(shù)路徑。然而當(dāng)前的光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件難以調(diào)諧，尤其不具備時(shí)域可調(diào)諧特性，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)存算一體化。
顧敏院士、張軼楠教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)近期實(shí)現(xiàn)了基于飛秒激光光刻鈣鈦礦的時(shí)域可編程全息和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。鈣鈦礦是近十年來(lái)光伏界最具吸引力的半導(dǎo)體材料，由于其本征的離子晶體特性，鈣鈦礦在潮濕的環(huán)境下會(huì)經(jīng)歷水合水解，進(jìn)而引起化學(xué)結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化。他們研究發(fā)現(xiàn)飛秒激光光刻鈣鈦礦不僅可以在納米尺度上改變鈣鈦礦的局部光學(xué)性質(zhì)，而且可以操控其水合水解速度，從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)獨(dú)立全息圖像的低串?dāng)_時(shí)域復(fù)用。通過(guò)將全息圖級(jí)聯(lián)成光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了具有時(shí)域可編程功能的全息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元密度可高達(dá)每平方厘米十億個(gè)，潛在算力高達(dá)每秒四十萬(wàn)億億次（Zetta operations per second），比現(xiàn)代GPU高了九個(gè)數(shù)量級(jí)，并且具有記憶類腦推理功能。該研究將時(shí)間這一物理維度引入到全息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，突破了傳統(tǒng)三維衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，是類腦存算一體化光子芯片發(fā)展的重要里程碑。
飛秒激光納米光刻鈣鈦礦時(shí)域可編程全息
時(shí)域可編程全息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51148-5
供稿：智能科技學(xué)院
