基于超材料的电磁神经网络研究进展

来源：电子与信息学报杂志2024年第5期北京时间：

作者：马骞, 冯紫瑞, 高欣欣, 顾泽, 游检卫, 崔铁军

单位：1.东南大学毫米波国家重点实验室 南京 2100962.东南大学电磁空间研究院 南京 2100963.香港城市大学太赫兹毫米波国家重点实验室 香港 999077

摘要：随着人工智能技术的广泛应用，面向智能计算的算力需求呈井喷式增长。目前芯片的快速发展已经逼近其工艺制程的瓶颈，同时功耗也不断增加，因此高速、高能效的智能计算硬件研究是一个重要方向。以光子电路神经网络和全光衍射神经网络为代表的计算架构因其计算快、功耗低等优势而受到广泛关注。该文回顾了光神经网络的代表性工作，通过3维衍射神经网络和光神经网络芯片化发展两条主线进行介绍，同时，针对光学衍射神经网络和光子神经网络芯片面临的瓶颈和挑战，如网络规模和集成度等，分析比较它们的特点、性能和各自的优劣势。其次，考虑到通用化的发展需求，该文进一步讨论神经形态计算硬件的可编程设计，并在各个部分中介绍了一些可编程神经网络的代表性工作。除了光波段的智能神经网络，本文还讨论了微波衍射神经网络的发展和应用，展示了其可编程能力。最后介绍智能神经形态计算的未来方向和发展趋势，及其在无线通信、信息处理和传感方面的潜在应用。

关键词：超材料, 全光衍射神经网络, 电磁神经网络, 智能计算

基金资助：国家自然科学基金(62301147, 62288101, 92167202)，江苏省自然科学基金(BK20230822)，江苏省前沿引领技术基础研究专项(BK20212002)，中央高校基础研究基金(2242023K5002，2242018R30001, 2242022R20017)