Pre-sensor computing with compact multilayer optical neural network

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作者
Huang Zheng,Wanxin Shi,Shukai Wu,Yaode Wang,Sigang Yang,Hongwei Chen
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (30)
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado8516
摘要

Moving computation units closer to sensors is becoming a promising approach to addressing bottlenecks in computing speed, power consumption, and data storage. Pre-sensor computing with optical neural networks (ONNs) allows extensive processing. However, the lack of nonlinear activation and dependence on laser input limits the computational capacity, practicality, and scalability. A compact and passive multilayer ONN (MONN) is proposed, which has two convolution layers and an inserted nonlinear layer, performing pre-sensor computations with designed passive masks and a quantum dot film for incoherent light. MONN has an optical length as short as 5 millimeters, two orders of magnitude smaller than state-of-the-art lens-based ONNs. MONN outperforms linear single-layer ONN across various vision tasks, off-loading up to 95% of computationally expensive operations into optics from electronics. Motivated by MONN, a paradigm is emerging for mobile vision, fulfilling the demands for practicality, miniaturization, and low power consumption.

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