NedoAI: троичный dot/score на {-1,0,+1} (эксперимент, без FP)

[xakepp35]

NedoAI-Opto: кто я, что делаем и как подключаться (deliverables, v0)

Ребят, всем привет! Очень рад вас всех видеть. И абсолютно несказанно рад, что такой важный форум - живет и здравствует, не поддавшись на провокации x86/arm и прочих рудиментов cmos процесса!

Предлагаю вниманию практичный востребованный эксперимент, в троичную сторону. Я в основном по софту/архитектура/идеи (да, паял когда-то, но сейчас отошел от дел). Хочу собрать проект так, чтобы он был проверяемый, тащился руками кому интересно железо/RTL. Умышленно оформляю как императив/процедурку. Кто виноват - ясно, тут и далее - "что делать". Просьба не кидаться камнями за нейронки.

[xakepp35]

Мотивация
Главная боль часто не “мало математики”, а данные гоняются туда-сюда и жрут энергию и полосу. В классических системах дорогая часть — не сама операция, а перемещение: память → шина → вычисление → память. Чем больше модель и чем чаще дергаем память, тем хуже становится энергетика и тем сильнее упираемся в пропускную способность.

Если скоринг и похожесть считать рядом с данными и дёшево, то это сразу прикладное: retrieval, фильтрация, top-k, дедуп, маршрутизация, компактные линейные слои. Тут не нужен “универсальный интеллект” — нужен быстрый и честный кирпич, который считает много похожестей и возвращает максимум/топ-k.

Почему вообще оптика: свет уже “умеет” делать широкополосную передачу и параллелизм, а поляризация даёт естественный носитель знака. В таком тракте редукция вида “две корзины” реализуется физикой: PBS делит поток на H/V, фотоканалы интегрируют энергию, балансная детекция даёт разность. По смыслу это очень близко к XNOR+popcount в битовом мире: много простых вкладов суммируются в один скор, только у нас симметрия троичная {-1,0,+1} и ноль реально “не участвует”. Важно: мы не обещаем магии и “оптический LLM”. Мы проверяем гипотезу, что скоринг/похожесть можно считать энергоэффективно и параллельно, если правильно закодировать знак и сделать честную калибровку. Вернуть видяхи геймерам, перестать кипятить океаны инференсом. Тема востребованная, не кликбейт

Троичность удобна: 0 = “не участвую”, знак = “за/против”. Делаем аналог “XNOR+popcount”, но честно для {-1,0,+1}. Если получится — получим кирпич, который масштабируется по N/M/R и может стать “near-data scoring” примитивом, а не очередной презентацией.

[xakepp35]

Гайдлайны

• Наука и воспроизводимость: словам верим только вместе с проверкой. Даем числа, допущения, методику и сырьё: логи, осциллограммы, таблицы.
• Язык проекта: документация и обсуждение на русском. Английские термины допустимы как технические: TIA, PBS, SNR. Тексты, спеки, инструкции — по-русски.
• Происхождение: проект родом из РФ. Участие международное допускаем. Русский язык и инженерная фиксация остаются базовыми. Переводы приветствуются.

[xakepp35]

Apache 2.0 FOSS
Проект чисто индейский — полностью OSS и некоммерческий. Код, спеки, схемы, измерения, логи открываем под Apache 2.0. Я владею репом, веду роль product owner: фиксирую DoD, держу целостность спеки, собираю артефакты и публикую инструкции и форматы отчётов. В треде коммерцию НЕ ОБСУЖДАЕМ!

Контрьбьюты
Ищем не “людей по интересу”, а ролевые вклады, в виде артефактов, для заливки в реп.
Одна роль = один набор deliverables = один конкретный результат.

Роли
[spoiler]0. Владелец
Я держу цель, границы и порядок. Я фиксирую решения и не даю проекту расползтись.
Работа:

• Фиксирую цели, границы, DoD
• Слежу, чтобы спеки не противоречили друг другу
• Собираю артефакты в одно место
• Формирую последовательность шагов

Выход (deliverables):

• Спецификации
• Сводки результатов
• План следующего шага

[/spoiler]
[spoiler]1. Оптик (free-space / поляризация)
Вход: доступ к оптике и столу, опыт выравнивания, понимание PBS и поляризаторов
Работа: собрать или описать оптический тракт и методику выравнивания
Выход (deliverables):

• Схема оптического тракта v0
• Процедура выравнивания
• Оценка потерь, перекоса и паразитной поляризации: числа в дБ или процентах, с допущениями

[/spoiler]
[spoiler]2. Электронщик (аналог: PD / TIA / дифф / компаратор)
Вход: опыт с фотодиодами и TIA, понимание шумов, полосы, питания и земли
Работа: спроектировать и свести тракт измерения и порогования
Выход (deliverables):

• Электрическая схема и список номиналов и компонентов
• Полоса и шум: измерение или расчёт с планом измерения
• Пороги ±T: как выбраны и как чувствительны к дрейфу

[/spoiler]
[spoiler]3. Тестировщик (осциллограф / логгер / протокол)
Вход: умение делать повторяемые измерения, калибровка, логирование
Работа: зафиксировать протокол и метрики, чтобы v0 был проверяемым
Выход (deliverables):

• Таблица метрик: SNR, drift, error, R. Определения метрик фиксируются.
• Сырой лог измерений: CSV или лог-файл, плюс структура полей
• Графики по возможности: распределения, дрейф, ошибка vs порог

[/spoiler]
[spoiler]4. Python разработчик (симулятор / цифровой двойник)
Выход:

• Golden model оптика+электроника на Python/NumPy
• Отчёт: ошибка vs N, мощность, перекос
• Рекомендации по выбору порогов T и их стабильности

[/spoiler]
[spoiler]5. Механик (корпус / PM-fiber)
Выход:

• План миниатюризации: стол → корпус → модуль
• Список деталей и узлов, риски по вибрации и температуре

[/spoiler]
[spoiler]6. Цифровик (FPGA/логика: тайминг / top-k / управление)
Выход:

• Контроллер стенда: генерация слотов, тайминги, сбор результатов
• Протокол кадра и логика выбора top-1 или top-k

[/spoiler]
[spoiler]7. Электрооптик (EOM/AOM, драйверы, нужен опыт)
Выход:

• План W2: быстрые веса
• Макет одного weight element
• Измерение скорости и контраста, узкие места

[/spoiler]
[spoiler]8. Фотоник (Silicon photonics / PIC-архитектура, без производства)
Выход:

• Блок-схема PIC-версии, эквиваленты PBS и поляризации
• Список рисков и требования к калибровке
• Оценка: что реально в PDK, а что фантазия

[/spoiler]
[spoiler]9. Весовщик (PCM/термо-настройка) — опционально
Выход:

• Варианты хранения весов и процедура калибровки и перепрошивки
• Оценка удержания, дрейфа и вариаций: качественно или количественно, с опытом или ссылками

[/spoiler]
[spoiler]Шеринг результатов
Пиши одним сообщением по шаблону, Без воды.

• Что сделал (1 факт)
• Как проверил или чем измерил
• Какие числа получил
• Следующий шаг

Важно: если измерений нет, дай расчёт и план измерения: чем, как, какие ожидаемые диапазоны.[/spoiler]

[spoiler]Как взять роль?
Напиши: "Готов взять роль 2 (Электронщик)"

• Что могёшь? Что умеешь?
• Какие deliverables берёшь?
• Когда показываешь первый артефакт?

[/spoiler]

[xakepp35]

P03. WeightBank: троичный вес как “гейт + инверсия знака”

Цель
Зафиксировать семантику весов w и способы их реализации по этапам. Дать проверяемую процедуру верификации weight element. Этот пост определяет, что значит “вес работает”.

[hr]

0) Термины

• slot i — i-й слот данных кадра
• x_i — трит входа в slot i
• w_i — трит веса, применяемый к slot i
• weight element — физический элемент, который реализует w_i для одного слота или одного канала

[hr]

1) Семантика w
Зафиксируй w как действие над оптическим сигналом в слоте.

• w_i = 0 (block)
  Не допускай прохождение оптического сигнала в слоте i. На выходе WeightBank в этом слоте должен быть no-light.
• w_i = +1 (pass)
  Пропускай сигнал без изменения поляризации. H остаётся H, V остаётся V.
• w_i = -1 (invert)
  Пропускай сигнал и меняй знак как H↔V. H становится V, V становится H.

Инвариант: WeightBank не кодирует величину амплитудой. WeightBank реализует только три действия: block / pass / invert.

[hr]

2) Реализация W0: статические веса между прогонами
Определи W0 как режим, где w фиксируется вручную и меняется только между сериями кадров. W0 нужен, чтобы v0 случился быстро.

Контракт W0:

• w задаётся вручную и не меняется внутри серии кадров
• перенастройка весов допускает секунды/минуты, это нормально
• главная цель — измерить S, noise, drift и доказать семантику block/pass/invert

Типовые реализации W0:

• block: механический затвор или ручное “выключить канал” на источнике
• pass: прямой тракт без элементов
• invert: ручной ввод/поворот half-wave plate (HWP 90°) или ручная перестановка тракта через H↔V

[hr]

3) Реализация W1: программируемые-медленные веса
Определи W1 как режим, где веса задаются программно, но меняются редко. W1 нужен для воспроизводимости и масштабирования M.

Контракт W1:

• w задаётся электронным управлением
• w может меняться между сериями кадров или между кадрами, но не обязан меняться в каждом слоте
• скорость переключения не является целью, цель — повторяемость и управляемость

Типовые реализации W1:

• block/pass: электрооптический или жидкокристаллический затвор, либо управляемый модулятор интенсивности
• invert: управляемый поворот поляризации (LCVR/EOM в режиме волновой пластинки) или переключение между двумя путями: bypass и path с HWP

[hr]

4) Трек W2: программируемые-быстрые веса как отдельный проект
Определи W2 как режим, где веса меняются на уровне слотов. W2 выполняется только после доказанного v0 и идёт как отдельный трек.

Контракт W2:

• w меняется синхронно со слотами
• переключение устойчиво, без хвостов, без паразитных переходных процессов
• результат верифицируется процедурой из раздела 5

Типовые реализации W2:

• block/pass: EOM/AOM модуляция интенсивности
• invert: EOM как быстрый управляемый ротатор поляризации или быстрый переключатель между двумя поляризационными путями

[hr]

5) Процедура верификации weight element
Проверь каждый weight element независимо, до сборки всего стенда. Процедура должна дать числа и статус PASS/FAIL для block/pass/invert.

5.1 Конфигурация проверки

• Source генерирует по слотам эталоны: H-импульс, V-импульс, no-light
• Weight element стоит сразу после Source
• Далее PBS → два фотоканала PD/TIA
• FRAME_SYNC используется как триггер
• Измеряй интегралы по окну Tw из P02

5.2 Входные тесты
Используй два входных теста:

• TEST_H: в каждом слоте подавай +1 (H)
• TEST_V: в каждом слоте подавай -1 (V)

5.3 Измеряемые величины
Для каждого режима веса измеряй энергии по Tw:

• E_H_out = ∫ V_H dt
• E_V_out = ∫ V_V dt

Измеряй crosstalk как долю “не того” канала относительно “правильного”.

5.4 Критерии PASS/FAIL

Для w=0 (block):

• E_H_out и E_V_out близки к нулю
• утечка ниже заданного порога L0 (в процентах или дБ)

Для w=+1 (pass):

• при TEST_H: E_H_out >> E_V_out
• при TEST_V: E_V_out >> E_H_out
• потери pass ниже заданного порога Lpass (в дБ или процентах)

Для w=-1 (invert):

• при TEST_H: энергия переезжает в V-канал, E_V_out >> E_H_out
• при TEST_V: энергия переезжает в H-канал, E_H_out >> E_V_out
• коэффициент инверсии Finv задан числом: отношение “правильного” канала к “неправильному”

5.5 Что публиковать в тред
Публикуй по каждому элементу:

• схема/фото включения
• Ts, Tw, допуск калибровки
• L0, Lpass, Finv и crosstalk
• PASS/FAIL по трём режимам

[hr]

6) Отказные режимы
Зафиксируй типовые сбои и публикуй их как диагноз.

• Утечка “0”
  w=0 не гасит свет. Причина: слабый гейт, паразитные обходные пути, засветка, отражения.
• Неполная инверсия
  w=-1 не меняет H↔V полностью. Причина: неверный угол HWP, неправильное напряжение LCVR/EOM, зависимость от длины волны, эллиптическая поляризация.
• Перекрёстная поляризация
  PBS плохо разделяет, каналы текут друг в друга. Причина: качество PBS, несоосность, деполяризация в тракте, неполяризационно-сохраняющая среда.
• Дрейф
  Параметры L0/Lpass/Finv уплывают во времени. Причина: температура, механика, источник, питание, нагрев модулятора.
• Межслотовые хвосты
  Переключение оставляет “хвост” и портит соседние слоты. Причина: полоса PD/TIA, фильтры, переходные процессы модулятора.

[hr]

Выходы этого поста

Таблица реализаций весов по уровням

• v0 = W0: статические веса, ручная перенастройка, цель — доказать семантику и измерить S/noise/drift
• v1 = W1: программируемые-медленные веса, цель — воспроизводимость и масштабирование M
• v2 = W2: программируемые-быстрые веса, отдельный трек, цель — переключение по слотам

Процедура проверки weight element

• TEST_H и TEST_V на вход
• PBS→PD/TIA на выход
• интегралы по Tw
• метрики L0, Lpass, Finv, crosstalk
• PASS/FAIL для block/pass/invert

DoD для P03

• семантика w зафиксирована как block/pass/invert и не меняется
• режимы W0/W1/W2 определены и разделены
• процедура верификации weight element определена и даёт числа
• отказные режимы перечислены и используются как словарь диагностики

[xakepp35]

P04. Reduction: “popcount” физикой через фотонный светоделитель (PBS) + balance detect

Цель
Зафиксировать редукцию “много слотов → один скор S” как физическую процедуру: PBS разделяет поляризации, фотоканалы измеряют, Diff вычитает, получается аналоговый скор. Этот пост определяет путь “от света к S” и вводит калибровку симметрии.

[hr]

0) Входы и допущения

• Кодирование трита и кадр определены в P02
• CAL_POS и CAL_NEG присутствуют в каждом кадре
• WeightBank либо отсутствует (проверка тракта), либо выдаёт корректные H/V/no-light после применения w
• Окно интеграции Tw и длительность слота Ts фиксированы

[hr]

1) Редукция: PBS → каналы H/V
Зафиксируй редукцию как разделение поляризаций на два физических канала.

• Поставь PBS на выход тракта (после WeightBank, если он есть)
• Выведи два выхода PBS: H-канал и V-канал
• Не смешивай каналы до измерения. Не суммируй оптику до фотодиодов.

Контракт PBS-редукции:

• H-импульс должен выходить преимущественно в H-канал
• V-импульс должен выходить преимущественно в V-канал
• crosstalk измеряется и публикуется как обязательная метрика

[hr]

2) Преобразование: PD/TIA → V_H/V_V → Diff → S
Зафиксируй электрический тракт измерения.

2.1 Фотоканалы

• Поставь фотодиод на H-канал и фотодиод на V-канал
• Каждый фотодиод подключи к своему TIA (transimpedance amplifier)
• Снимай два сигнала: V_H и V_V

2.2 Разностной усилитель
Построй Diff как вычитание каналов и зафиксируй формулу.

• Сформируй S_raw = V_H − V_V
• Введи коэффициент масштаба: S = k * (V_H − V_V)
• k фиксируй как параметр калибровки и публикуй

Инвариант: S формируется только разностью каналов. Любые “умные” нелинейности запрещены на этапе P04.

[hr]

3) Калибровка симметрии: |CAL_POS| = |CAL_NEG| после Diff
Цель калибровки: обеспечить равную чувствительность каналов, чтобы +1 и -1 были симметричны по модулю на S.

3.1 Что калибруешь

• относительный gain каналов H и V (усиления TIA и Diff)
• offset (смещение нуля) разностного тракта

3.2 Процедура калибровки

• Отключи веса или поставь WeightBank в режим pass для эталонов
• Прогони кадр, где есть только CAL_POS и CAL_NEG, а DATA = 0
• Измерь S на Slot 0 (CAL_POS) и на Slot 1 (CAL_NEG)
• Подстрой gain/offset так, чтобы выполнялось: |S(CAL_POS)| ≈ |S(CAL_NEG)|

3.3 Что публиковать

• значения S(CAL_POS) и S(CAL_NEG)
• способ подстройки: чем менял gain, чем убирал offset
• допуск симметрии в процентах

[hr]

4) Интеграция: по окну Tw или по кадру
Зафиксируй два допустимых режима интеграции. Выбери один режим для v0 и не смешивай в одном отчёте.

4.1 Интеграция по слоту (рекомендуется для v0)

• Для каждого слота интегрируй V_H и V_V по окну Tw
• Получай энергию слота: E_H, E_V
• Считай вклад слота в скор: dS = k*(E_H − E_V)
• Суммируй по кадру: S_frame = Σ dS по слотам данных или по всем слотам

4.2 Интеграция по кадру (упрощённая)

• Интегрируй V_H и V_V по одному окну на весь кадр
• Считай S_frame = k*(∫V_H dt − ∫V_V dt)
• Используй этот режим только если слотовая интеграция недоступна

Инвариант: интеграцию всегда привязывай к FRAME_SYNC и публикуй Ts/Tw.

[hr]

5) Требования к полосе: отсутствие межслотовых хвостов
Скорость системы ограничивает полоса PD/TIA/Diff. Хвосты убивают независимость слотов.

5.1 Проверка хвостов

• Сгенерируй тест: один импульс +1 в одном слоте, остальные слоты = 0
• Сними V_H, V_V на осциллографе
• Проверь, что сигнал возвращается к базовой линии до конца Ts

5.2 Контракт полосы

• межслотовая утечка энергии должна быть ниже заданного порога (задай числом или дБ)
• при росте Fs первым ломается именно этот контракт, фиксируй точку поломки

[hr]

6) Параметры S: диапазон, шум, дрейф, насыщение
Зафиксируй набор обязательных характеристик выхода S и процедуры их измерения.

6.1 Диапазон

• Измерь S на тестах ALL_POS и ALL_NEG при фиксированном N
• Зафиксируй S_max и S_min

6.2 Шум

• Прогони тест ZERO: DATA=0
• Измерь распределение S на 1000+ кадров
• Зафиксируй noise_S как RMS или стандартное отклонение

6.3 Дрейф

• Прогони один и тот же кадр (например ALT или ALL_POS) 10–30 минут
• Запиши S во времени
• Зафиксируй drift_S как изменение среднего S за интервал

6.4 Насыщение

• Проверь, что V_H, V_V и S не упираются в питание/клиппинг при ALL_POS/ALL_NEG
• Если есть клиппинг, зафиксируй при каком входе и на каком узле тракта

[hr]

Выходы этого постаa

• Понятный путь “от света к S”: PBS → PD/TIA → Diff → S
• Процедура калибровки симметрии по CAL_POS/CAL_NEG
• Контракт интеграции (по слоту или по кадру)
• Контракт полосы (без межслотовых хвостов)
• Набор обязательных метрик S: диапазон, шум, дрейф, насыщение

DoD для P04

• S определяется формулой S = k*(V_H − V_V) и измеряется после Diff
• калибровка симметрии выполняется и подтверждается: |S(CAL_POS)|≈|S(CAL_NEG)|
• режим интеграции выбран и зафиксирован (слот или кадр)
• межслотовые хвосты проверены и задокументированы
• диапазон, шум, дрейф и насыщение S измерены или запланированы процедурой

[Shaos]

[hr] тут не работает

а в BB-тэг spoiler надо прописывать заголовок типа

Code: Select all

[spoiler=заголовок]
...
[/spoiler]