Создано новое устройство, способное увеличить эффективность технологий распознавания речи и изображений - «Наука и технологии»

Исследователи из Калифорнийского университета, Риверсайд, работая совместно с учеными из Российской Академии наук, создали и продемонстрировали работу голографического запоминающего устройства, использование которого может существенно поднять эффективность технологий распознавания речи и визуальных образов. Распознавание образов заключается в поиске образцов и закономерностей в достаточно больших объемах данных, и в новом устройстве эти данные кодируются в виде фазы так называемых спин-волн.

Спин-волны - это групповые колебания направления вращения атомов магнитных материалов. В некоторых случаях устройства, использующие в своей работе спин-волны, демонстрируют более высокую эффективность, нежели их аналоги, использующие свет или электрический ток. Такое повышение эффективности является следствием того, что длина спин-волны может быть короче длины волны света, не говоря о длинах волн радиочастотного диапазона. Кроме этого, в большинстве случаев, спин-устройства совместимы с обычными электронными устройствами и могут быть объединены с ними в пределах кристалла одного чипа.

Опытное устройство, созданное усилиями исследователей, содержит восемь терминалов (портов ввода-вывода), объединенных с матрицей микроантенн, способных, как индуцировать, так и детектировать спин-волны. После создания этого устройства исследователи экспериментальным путем построили ряды зависимостей, определяющих фазу распространяющейся в материале спин-волны. И, вложив эти зависимости в специализированное программное обеспечение, исследователи получили возможность при помощи микроантенн индуцировать и детектировать спин-волны, имеющие определенные фазово-частотные характеристики.

Индуцируемые каждым портом спин-волны, распространяясь по магнитной матрице, взаимодействуют между собой и перемешиваются. Некоторые из входных волн, имеющие определенную фазу, образуют области с большой амплитудой суммарной спин-волны, а другие - области с низкой амплитудой относительно некоего опорного сигнала. Формируемые на выходе устройства электрические сигналы расшифровываются и указывают на совпадение входного сигнала с образом, которые подается в магнитную матрицу в виде еще одной спин-волны. Все это происходит в устройстве достаточно быстро, спин-волнам для того, чтобы размножиться и создать суммарную картину требуется всего 100 наносекунд времени, времени, которого не хватит для выполнения подобной задачи никакому из самых мощных компьютеров.

Но самой привлекательной особенностью такого метода поиска совпадений образов является то, что все входные порты голографического устройства работают абсолютно параллельно. При таком подходе распознание чисел от 0 до 999 и от 0 до 10000000 выполняется за одно и тоже самое время. И это делает новое голографическое устройство гораздо более эффективным, нежели обычные цифровые схемы, выполняющие операции сравнения.

"В мире уже производились попытки создания голографических устройств памяти и некоторые из них были успешными" - рассказывает Алекс Хитун (Alex Khitun), профессор из Калифорнийского университета, который работал совместно с А. Кожевниковым, И. Филимоновым и Г. Дудко из Российской Академии наук, - "Но нам всем вместе удалось создать нечто иное, наше устройство работает не только как память, но и как логическая схема, способная выполнять сложнейшую обработку содержащейся в нем информации. И подобные устройства вскоре смогут стать основой специализированных компьютеров, способных вместить и очень быстро произвести обработку визуальных, звуковых и других типов данных".