A Leaky Integrate-and-Fire Laser Neuron for Ultrafast Cognitive Computing

作者
Mitchell A. Nahmias,Bhavin J. Shastri,Alexander N. Tait,Paul R. Prucnal
出处
期刊:IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics [IEEE Photonics Society]
卷期号:19 (5): 1-12 被引量:346
标识
DOI:10.1109/jstqe.2013.2257700
摘要

We propose an original design for a neuron-inspired photonic computational primitive for a large-scale, ultrafast cognitive computing platform. The laser exhibits excitability and behaves analogously to a leaky integrate-and-fire (LIF) neuron. This model is both fast and scalable, operating up to a billion times faster than a biological equivalent and is realizable in a compact, vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). We show that-under a certain set of conditions-the rate equations governing a laser with an embedded saturable absorber reduces to the behavior of LIF neurons. We simulate the laser using realistic rate equations governing a VCSEL cavity, and show behavior representative of cortical spiking algorithms simulated in small circuits of excitable lasers. Pairing this technology with ultrafast, neural learning algorithms would open up a new domain of processing.
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