Roadmap on material-function mapping for photonic-electronic hybrid neural networks

互连性 光子学 人工神经网络 节点(物理) 计算机科学 感知器 电子工程 数码产品 激活函数 冯·诺依曼建筑 材料科学 人工智能 电气工程 工程类 光电子学 操作系统 结构工程
作者
Mario Miscuglio,Gina C. Adam,Duygu Kuzum,Volker J. Sorger
出处
期刊:APL Materials [American Institute of Physics]
卷期号:7 (10) 被引量:55
标识
DOI:10.1063/1.5109689
摘要

The state-of-the-art hardware in artificial neural networks is still affected by the same capacitive challenges known from electronic integrated circuits. Unlike other emerging electronic technologies, photonics provides low-delay interconnectivity suitable for node-distributed non-von Neumann architectures, relying on dense node-to-node communication. Here, we provide a roadmap to pave the way for emerging hybridized photonic-electronic neural networks by taking a detailed look into a single node perceptron. We discuss how it can be realized in hybrid photonic-electronic heterogeneous technologies. Furthermore, we assess that electro-optic devices based on phase change or strong carrier dispersive effects could provide a viable path for both the perceptron “weights” and the nonlinear activation function in trained neural networks, while simultaneously being foundry process-near materials. This study also assesses the advantages of using nonlinear optical materials as efficient and instantaneous activation functions. We finally identify several challenges that, if solved, could accelerate the adoption of such heterogeneous integration strategies of emerging memory materials into integrated photonics platforms for near real-time responsive neural networks.
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