Изследователи от китайския университет Цинхуа са разработили изцяло аналогов фотоелектронен чип ACCEL, който обещава да революционизира задачите за високоскоростно машинно зрение. Чипът, който съчетава електронни и оптични технологии е в състояние да демонстрира безпрецедентна енергийна ефективност и най-висока изчислителна скорост за задачи, свързани с машинно зрение. В тази област новият чип е 4 милиона пъти по-ефективен от сегашните съвременни графични процесори.

Традиционните процесори имат ограничена изчислителна скорост и консумират огромно количество енергия за задачи, свързани с машинно зрение, като например разпознаване на изображения за автономно шофиране, роботика и медицинска диагностика. Тези задачи изискват обработка на изображения с висока разделителна способност, точна класификация и свръхниска латентност.

Чипът ACCEL реализира предимствата на нововъзникващата област на фотонните изчисления, която използва светлина за обработка на информация. Чрез интегриране на дифракционни оптични аналогови изчисления (OAC) и електронни аналогови изчисления (EAC) в един чип, ACCEL постига забележителна енергийна ефективност и изчислителна скорост.

Методът OAC използва управление на светлинните вълни чрез дифракция за кодиране и обработка на информация. Чрез използване на интерференчни модели, създадени от светлината, изчисленията се извършват по аналогов начин, като данните се обработват на непрекъснати, а не на дискретни цифрови стъпки. Методът EAC използва електронни компоненти за манипулиране на непрекъснати физически величини. Вместо да работи с цифрови сигнали под формата на нули и единици, EAC използва непрекъснато променящи се аналогови сигнали.

И двата метода предлагат предимства за определени видове изчисления и допринасят за разработването на високоскоростни задачи за машинно зрение.

ACCEL постига енергийна ефективност на системата от 74,8 пета-операции в секунда на ват, което е с повече от три порядъка по-високо от сегашните графични процесори. Скоростта на изчисленията достига 4,6 пета-операции в секунда, като повече от 99% от изчисленията се извършват оптично.

Чрез интегриране на оптоелектронни изчисления и адаптивно обучение ACCEL постига конкурентна точност на класификация на обекти в различни задачи. Новият чип демонстрира 85,5 %, 82,0 % и 92,6 % точност съответно за задачите Fashion-MNIST, ImageNet 3-класова класификация и разпознаване на видео кадър по кадър. Забележително е, че ACCEL демонстрира висока надеждност дори в условия на слаба осветеност, което го прави подходящ за преносими устройства, автономно шофиране и индустриални приложения.

Изключително ниската консумация на енергия на новия чип значително намалява разсейването на топлина, което открива възможност за по-нататъшно усъвършенстване и миниатюризация. За разлика от традиционните оптоелектронни цифрови изчислителни системи, ACCEL гъвкаво съчетава дифракционни оптични изчисления и електронни аналогови изчисления, а архитектурата му позволява мащабируемост, нелинейност и висока адаптивност.

Всичко ново несъмнено е добре забравеното старо. Най-първото аналогово изчислително устройство е логаритмичната линийка, позната на по-старото поколение.

Друг добре известен пример за аналогови изчислителни устройства е настолният аналогов компютър MN-7, разработен през 1955 година. Той успешно решава обикновени диференциални уравнения до 6-ти ред. Не по-малко успешно с помощта на такива машини са създавани математически модели на физични процеси, които са използвани при решаването на задачи на автоматизирани системи за управление на процеси.

В момента сме свидетели на това, че в света на привидно победоносните цифрови технологии отново започват да се използват аналогови изчисления, които са достигнали ново ниво на развитие.