Backpropagation-free training of deep physical neural networks

计算机科学 深度学习 人工智能 人工神经网络 反向传播 可扩展性 稳健性(进化) 卷积神经网络 培训(气象学) 机器学习 生物化学 化学 数据库 基因 物理 气象学
作者
Ali Momeni,Babak Rahmani,Matthieu Malléjac,Philipp del Hougne,Romain Fleury
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:382 (6676): 1297-1303 被引量:20
标识
DOI:10.1126/science.adi8474
摘要

Recent successes in deep learning for vision and natural language processing are attributed to larger models but come with energy consumption and scalability issues. Current training of digital deep-learning models primarily relies on backpropagation that is unsuitable for physical implementation. In this work, we propose a simple deep neural network architecture augmented by a physical local learning (PhyLL) algorithm, which enables supervised and unsupervised training of deep physical neural networks without detailed knowledge of the nonlinear physical layer's properties. We trained diverse wave-based physical neural networks in vowel and image classification experiments, showcasing the universality of our approach. Our method shows advantages over other hardware-aware training schemes by improving training speed, enhancing robustness, and reducing power consumption by eliminating the need for system modeling and thus decreasing digital computation.
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