Оптоэлектронный процессор — прототип нейрокомпьютера с фиксированными весовыми коэффициентами

Выражение, определяющее операции, выполняемые нейронной сетью, представляет собой одномерную взаимную корреляционную функцию (вектор Y^(L)), вычисляемую для вектора входных сигналов Y^(L-1) и матрицы эталонных сигналов W. Именно эту функцию реализует некогерентный оптический коррелятор, который может вычислять и двумерную корреляционную функцию (матрицу Y^(L)), если входной вектор заменить на матрицу входных сигналов.

Интерес к оптическим методам реализации искусственных нейронных сетей обусловлен преимуществом от использования трехмерного пространства и параллельностью выполнения операций умножения и суммирования при обработке информации. Микроэлектроника, ограниченная планарной технологией, такими возможностями не обладает. Эти потенциальные возможности оптических методов обусловили проведение за рубежом и в нашей стране большого количества работ по созданию оптических и оптоэлектронных вычислительных устройств и элементной базы для их реализации.

В НИИФП работа по созданию оптоэлектронных процессоров проводилась с 1970 года. Она в немалой степени способствовала развитию в институте направления по излучательным диодам и фотоприемным устройствам. В семидесятые годы были разработаны концепции и принципы построения некогерентных оптоэлектронных процессоров на основе матричных оптоэлектронных БИС и предложены оригинальные конструкции корреляторов.

Проводилось теоретическое и экспериментальное исследование особенностей формирования и регистрации оптических изображений с помощью матричных оптоэлектронных БИС. Разработанная методика проектирования матричных оптоэлектронных процессоров использовалась для определения требований к элементной базе.

В НИИФП были разработаны и изготовлены экспериментальные образцы светоизлучающих матриц для воспроизведения входных изображений и матричных фотоприемников, предназначенных для регистрации изображений выходной функции коррелятора.

В середине 70-х годов впервые в СССР и одновременно с разработкой американского, так называемого ’’станфордского”, векторно-матричного умножителя сотрудники НИИФП изготовили матричный оптоэлектронный коррелятор, который представлял собой оптоэлектронный прототип нейрокомпьютера. Он обладал быстродействием 100 миллионов операций типа умножений в секунду и мог успешно конкурировать с электронной техникой.

Результатом проведенных исследований прототипа и развития теории некогерентных оптических корреляторов была разработка оригинальной концепции планарного фотонного процессора - реализация некогерентного оптического коррелятора в виде одной гибридной оптоэлектронной БИС.

Однако существенным ограничением функций оптоэлектронных вариантов нейрокомьютеров оставалась невозможность перестраивать эталонные изображения (матрицы весовых коэффициентов), воспроизводимые на сменных диапозитивах. ’’Камнем преткновения” в оптической обработке информации явилось создание управляемого транспаранта или пространственно-временного модулятора света. Поэтому с начала 80-х годов в НИИФП начались усиленные работы над этой проблемой.