Фотонный процессор самарских ученых приблизился к рекорду производительности

Ученые из научной кооперации Национального центра физики и математики (НЦФМ) создали образец аналогового фотонного процессора с очень высокой производительностью. Скорость обработки информации в устройстве близка к рекордной у подобных процессоров — более пяти квадриллионов (5,3*10¹⁵) бит в секунду.

Специалисты Самарского университета имени Королёва создали демонстрационный образец высокопроизводительного фотонного процессора по научной программе НЦФМ при поддержке Госкорпорации «Росатом». Устройство работает на основе новой, фотонной компонентной базы. В ней информация передается частицами света (фотонами), а не электронами, как в привычных вычислителях. Специализированный процессор уже сегодня позволяет распознавать огромные массивы данных в объёмных видеопотоках.

Фотонный процессор достиг скорости обработки информации 5,3*10¹⁵ бит в секунду в серии экспериментов по распознаванию рукописных цифр из международной объемной базы данных MNIST с точностью более 90%. Российские ученые ожидают в ближайшие годы увеличить производительность аналогового фотонного процессора на два порядка.

«Аналоговая фотонная вычислительная система позволяет проводить анализ и распознавание объектов в сотни раз быстрее современных цифровых нейросетей на основе традиционных полупроводниковых компьютеров. Это особенно важно для оперативного анализа гиперспектральных данных, изначально представляющих собой значительные по объему массивы информации. Надежность распознавания в ходе первых экспериментов на демонстрационном образце составила 93,75%. В 2024 году планируется собрать и испытать экспериментальный образец системы в достаточно компактном корпусе размером с небольшой системный блок компьютера. Точность и надежность распознавания у экспериментального образца должна вырасти за счет подбора компонентов с улучшенными характеристиками. Опытный образец установки, планируется, будет готов в 2025 году», — рассказал профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета имени Королёва, ученый НЦФМ Роман Скиданов.

Фотонный процессор настроен на работу с гиперспектрометром, который позволяет создавать трехмерный массив данных об изображении одновременно в двух диапазонах. Лабораторный образец оригинального двухдиапазонного гиперспектрометра также реализовали специалисты Самарского университета им. Королёва по научной программе НЦФМ.

Ученые создали образец фотонного процессора в интересах реализации к 2030 году фотонной вычислительной машины НЦФМ класса «мегасайенс». По проекту производительность машины будет рекордной и достигнет 10²¹ операций в секунду. Такая установка класса «мегасайенс» позволит решать прикладные задачи по обработке больших массивов данных и получать фундаментальные результаты в области искусственного интеллекта и машинного обучения.

Национальный центр физики и математики (НЦФМ) — флагманский проект Десятилетия науки и технологий. В Сарове на территории НЦФМ возводится комплекс из научно-исследовательских корпусов, передовых лабораторий и установок класса «мидисайенс» и «мегасайенс» с целью получение новых научных результатов мирового уровня, подготовки ученых высшей квалификации, воспитания новых научно-технологических лидеров, укрепления кадрового потенциала предприятий Госкорпорации «Росатом» и ключевых научных организаций России.


Образовательной частью Национального центра стал филиал Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова — МГУ Саров. Учредители НЦФМ — Госкорпорация «Росатом», МГУ имени М. В. Ломоносова, Российская академия наук, Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, РФЯЦ-ВНИИЭФ, НИЦ «Курчатовский институт» и ОИЯИ.