清華大學(xué)突破智能光計(jì)算訓(xùn)練難題

清華大學(xué)電子工程系方璐教授課題組自動(dòng)化系戴瓊海院士課題組另辟蹊徑首創(chuàng)了全前向智能光計(jì)算訓(xùn)練架構(gòu)，研制了“太極-II”光訓(xùn)練芯片，實(shí)現(xiàn)了光計(jì)算系統(tǒng)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效精準(zhǔn)訓(xùn)練，該研究成果以“光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全前向訓(xùn)練”為題，發(fā)表于《自然》期刊上。 {;kH&Pp  
Nature審稿人在審稿評(píng)述中指出“本文中提出的想法非常新穎，此類(lèi)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ONN）的訓(xùn)練過(guò)程是前所未有的。所提出的方法不僅有效，而且容易實(shí)現(xiàn)。因此，它有望成為訓(xùn)練光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他光學(xué)計(jì)算系統(tǒng)的廣泛采用的工具。” gEBwn
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巧用對(duì)稱(chēng)，助力光計(jì)算擺脫GPU依賴 ' >
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近年間，具有高算力低功耗特性的智能光計(jì)算逐步登上了算力發(fā)展的舞臺(tái)。通用智能光計(jì)算芯片“太極”的問(wèn)世便是其中的一個(gè)縮影，它首次將光計(jì)算從原理驗(yàn)證推向了大規(guī)模實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，以160TOPS/W的系統(tǒng)級(jí)能效為大規(guī)模復(fù)雜任務(wù)的“推理”帶來(lái)了曙光，但未能夠釋放智能光計(jì)算的“訓(xùn)練之能”。 7H=^~J  
相較于模型推理而言，模型訓(xùn)練更需要大規(guī)模算力。然而，現(xiàn)有的光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練嚴(yán)重依賴GPU進(jìn)行離線建模并且要求物理系統(tǒng)精準(zhǔn)對(duì)齊。正因如此，光學(xué)訓(xùn)練的規(guī)模受到了極大的限制，光高性能計(jì)算的優(yōu)勢(shì)仿佛被禁錮在無(wú)形的枷鎖之中。 Mb2rHUr  
在這個(gè)時(shí)候，方璐、戴瓊海課題組找到了“光子傳播對(duì)稱(chēng)性”這把鑰匙，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中的前向與反向傳播都等效為光的前向傳播。 "V>7u{T  
據(jù)論文第一作者、電子系博士生薛智威介紹，在太極-II架構(gòu)下，梯度下降中的反向傳播化為了光學(xué)系統(tǒng)的前向傳播，光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練利用數(shù)據(jù)-誤差兩次前向傳播即可實(shí)現(xiàn)。兩次前向傳播具備天然的對(duì)齊特性，保障了物理梯度的精確計(jì)算。如此實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練精度高，便能夠支撐大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。 kV mJG#
 
由于不需要進(jìn)行反向傳播，太極-II架構(gòu)不再依賴電計(jì)算進(jìn)行離線的建模與訓(xùn)練，大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)高效光訓(xùn)練終于得以實(shí)現(xiàn)。 S(b5Gj
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