混沌光儲備池並行計算的理論與關鍵技術研究

《混沌光儲備池並行計算的理論與關鍵技術研究》是依託東北大學，由趙清春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：混沌光儲備池並行計算的理論與關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙清春
• 依託單位：東北大學

中文摘要

人工神經網路是一種模擬人腦進行信息處理的仿生學數學模型，目前存在訓練過程繁瑣、節點數量多、硬體實現複雜、信號處理速度低等缺陷，在一定程度上制約了其發展和套用。混沌光儲備池計算是一種新型人工神經網路計算模型，具有訓練過程簡單、採用時分復用將不同時刻的混沌狀態作為節點、用一個混沌系統來取代目前神經網路的中間層、具有光學處理的快速和並行能力等優點。.本項目依據課題組的預研和專利，圍繞混沌光儲備池的並行計算進行研究：設計並實現可以兩路信號同時輸入輸出的雙環光電反饋混沌光儲備池並行計算裝置；研究互注入光電反饋混沌光儲備池並行計算，進一步提高處理速度。設計FPGA電路，以實現輸入層的硬體化；通過電光調製器、差分光電探測器和電容等光電器件，實現輸出層的時分復用、相乘、求和等功能。本項目的成功實施，可以推動人工神經網路的研究及套用，為新型計算和類腦計算的研究提供重要的借鑑意義和指導作用。

結題摘要

混沌光儲備池計算是一種新型的人工神經網路計算模型，是利用雷射非線性動力學特性實現的，具有訓練簡單、節點少、硬體實現容易、處理速度快等優點。本項目圍繞混沌光儲備池並行計算中的理論與核心技術開展研究，主要完成的工作闡述如下：①　理論分析了單環光電反饋混沌光數學模型，並進行了仿真研究，為混沌光儲備池計算的建模提供了重要的支撐。 ②　分析了雙環光電反饋混沌光的產生及動力學演化過程，為混沌光儲備池並行計算的研究提供了理論支撐。③　建立了光電反饋混沌光儲備池計算的數學模型，仿真驗證了模型的可行性，並用於光分組交換網路中的光分組頭識別，為混沌光儲備池計算實驗系統的搭建提供了理論指導。 ④　提出了3套混沌光儲備池並行計算的方案，即：雙環光電反饋混沌儲備池並行計算方案、基於半導體環形雷射器的混沌儲備池並行計算方案、三輸入光電反饋混沌儲備池並行計算方案，對每種方案建立了數學模型，並仿真實現了光分組頭的並行識別。⑤　設計並研製了小型、性能穩定的光電反饋混沌光儲備池計算系統，並成功實現了光分組交換網路中的光分組頭識別。 在本項目的支持下，課題組共在國際期刊上發表學術論文6篇，全部被SCI收錄，獲得國家發明專利授權1項、實用新型專利授權2項，申請國家發明專利2項、實用新型專利1項。項目負責人入選河北省“三三三人才工程”第三層次，共培養碩士研究生3名，已畢業2名。項目執行期間，項目負責人及項目組主要成員承辦國際學術會議1次，赴上海、北京、太原、哈爾濱、重慶、南京、長春等地參加學術會議8人次。