Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2508.06962

帮助 | 高级搜索

物理学 > 光学

arXiv:2508.06962 (physics)
[提交于 2025年8月9日 ]

标题: 用于脉冲强化学习的非线性光子神经形态芯片

标题: Nonlinear Photonic Neuromorphic Chips for Spiking Reinforcement Learning

Authors:Shuiying Xiang, Yonghang Chen, Haowen Zhao, Shangxuan Shi, Xintao Zeng, Yahui Zhang, Xingxing Guo, Yanan Han, Ye Tian, Yuechun Shi, Yue Hao
摘要: 光子计算芯片在加速线性计算方面取得了显著进展,但非线性计算通常在数字域中实现,这会引入额外的系统延迟和功耗,并阻碍了全功能光子神经网络芯片的实现。 在这里,我们通过协同设计简化了MZI网格和分布式反馈激光器与饱和吸收器阵列,使用不同材料,提出了并制造了一个16通道可编程的非相干光子神经形态计算芯片,使得光学域中可以实现线性和非线性脉冲计算。 此外,以前的研究主要集中在监督学习和简单的图像分类任务上。 在这里,我们首次提出了一种光子脉冲强化学习(RL)架构,并开发了一个软硬件协同训练-推理框架,以解决脉冲RL模型训练的挑战。 我们实现了整个光子脉冲RL层的大规模、高效能(光子线性计算:1.39 TOPS/W,光子非线性计算:987.65 GOPS/W)和低延迟(320 ps)端到端部署。 两个RL基准测试包括离散的CartPole任务和连续的Pendulum任务,基于脉冲近端策略优化算法进行了实验演示。 硬件-软件协同计算奖励值分别收敛到200(-250),与传统PPO算法相当。 这一实验演示解决了大规模光子非线性脉冲计算和脉冲RL训练难度的问题,并展示了一种高速、低延迟的光子脉冲RL解决方案,在机器人和自动驾驶等实时决策和控制领域具有广阔的应用前景。
摘要: Photonic computing chips have made significant progress in accelerating linear computations, but nonlinear computations are usually implemented in the digital domain, which introduces additional system latency and power consumption, and hinders the implementation of fully-functional photonic neural network chips. Here, we propose and fabricate a 16-channel programmable incoherent photonic neuromorphic computing chip by co-designing a simplified MZI mesh and distributed feedback lasers with saturable absorber array using different materials, enabling implementation of both linear and nonlinear spike computations in the optical domain. Furthermore, previous studies mainly focused on supervised learning and simple image classification tasks. Here, we propose a photonic spiking reinforcement learning (RL) architecture for the first time, and develop a software-hardware collaborative training-inference framework to address the challenge of training spiking RL models. We achieve large-scale, energy-efficient (photonic linear computation: 1.39 TOPS/W, photonic nonlinear computation: 987.65 GOPS/W) and low-latency (320 ps) end-to-end deployment of an entire layer of photonic spiking RL. Two RL benchmarks include the discrete CartPole task and the continuous Pendulum tasks are demonstrated experimentally based on spiking proximal policy optimization algorithm. The hardware-software collaborative computing reward value converges to 200 (-250) for the CartPole tasks, respectively, comparable to that of a traditional PPO algorithm. This experimental demonstration addresses the challenge of the absence of large-scale photonic nonlinear spike computation and spiking RL training difficulty, and presents a high-speed and low-latency photonic spiking RL solution with promising application prospects in fields such as real-time decision-making and control for robots and autonomous driving.
主题: 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2508.06962 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2508.06962v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06962
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Shuiying Xiang [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 8 月 9 日 12:19:49 UTC (1,867 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
查看许可
当前浏览上下文:
physics.optics
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-08
切换浏览方式为:
physics

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号