NIST科研人员研制出可模拟神经网络的硅光芯片

美国国家标准技术研究院（NIST）的科研人员研制出了一种硅光芯片，可精确地在微型类脑网络中传导光信号，是神经网络的一种潜在设计方案。这项工作也代表了在创建更密集复杂的光子电路方面的重要进步，这种光子电路是将光子学与其他电路整合的关键。

“在同时具有光子和电子元件的系统中，光子占据的芯片区域随着通信节点数量及其连接程度的增加而迅速增加。对于密集相连的系统，波导的必要数量可能增加到一块板无法容纳的地步。”研究人员在其上周发表在《APL光子学》（APL Photonics）期刊上的文章中指出，“适宜的解决方案是利用多板光子波导，这一领域在过去十年取得了长足进展。波导的堆叠实现了低损耗、低串扰波导交叉的密集整合。在本研究中，我们展示了两板信号分布网络的设计和实施，能将一个网络层中的10个输入节点路由到10个输出节点的100个连接。这种复杂的路由方式实现了前馈神经网络两层之间的路由，每层10个神经元，具有全连通性。”

研究所采用的三维设计实现了复杂路由方法，这对模拟神经系统不可或缺。而且，研究人员指出，如需要更复杂的网络，这种设计能轻松扩展到纳入更多的波导层。

神经网络已经在解决复杂问题方面展现出了非凡的能力，如快速图案识别、数据分析等。利用光能消除电荷带来的干扰，信号会传得更快、更远。“光的优点能提高神经网络进行科学数据分析的性能，例如搜寻类地行星、量子信息科学，推动自主车辆高度直观控制系统的发展。”研究人员在文章中表示。“我们主要完成了两件事。一是开始使用第三维来实现更多的光连接性，二是研发了一种新的测量技术,快速表征光子系统中的多个设备。这两种进步都很关键，因为我们开始扩大光电神经系统的规模了。”