基于微腔MoS2光电探测器阵列实现的波长编码神经形态推理

《Nature Communications》：Wavelength-encoded neuromorphic inference enabled by microcavity MoS2 photodetector arrays

　　

摘要

生物视觉系统将光谱感知与时间整合紧密结合，以最少的数据传输获取与任务相关的信息。相比之下，传统的光电子视觉硬件通常将光检测与电子计算分开处理，这会导致较大的延迟和能耗。光学神经网络可以缓解这一瓶颈，但许多实现方案难以扩展。在此，我们提出了一种受生物启发的光电子推理架构，该架构基于法布里-珀罗微腔集成式的MoS₂光电探测器阵列，能够在每个像素内实现感知、权重计算和数据累积功能。通过腔体设计实现的波长选择性可在光谱域中编码神经网络权重，而MoS₂的有限载流子寿命则使得无需外部存储器即可实现模拟式时间累积。该系统在MNIST、CIFAR-10以及自由语音数字数据集上的测试准确率分别达到了99.6%、94.8%和94.0%。训练后的光学赫斯矩阵剪枝进一步降低了系统的复杂性，同时保持了其稳定性。这种架构为实现具有波长感知能力的传感器内置神经形态推理提供了一条简洁的路径。