Прорив у нейроморфних обчисленнях може змінити майбутнє штучного інтелекту, наблизивши людство до створення енергоефективних систем із когнітивними можливостями, подібними до мозку.
Інтегрований штучний нейрон із широкими функціональними можливостями, розміром з один транзистор і низьким енергоспоживанням для нейроморфних обчислювальних систем можна створити, поклавши один дифузійний мемристор і один резистор поверх транзистора. На фотографії на обкладинці зображено мікросхему масиву таких інтегрованих нейронів, виготовлених у чистій кімнаті університету, з активною площею близько 4 мкм2 для кожного нейрона. Джерело: Лабораторія Янга в Університеті Південної Каліфорнії
Дослідники з Університету Південної Каліфорнії під керівництвом професора Джошуа Яна розробили новий тип штучного нейрона, описаний у Nature Electronics. Він побудований на основі «дифузійного мемристора», який використовує іони срібла для імітації електрохімічних процесів, що відбуваються в біологічному мозку. На відміну від цифрових процесорів, які працюють із потоком електронів, цей пристрій відтворює поведінку нейронів на фізичному рівні, а не через програмне моделювання.
«Іони є кращим середовищем, ніж електрони, для втілення принципів роботи мозку», — пояснює Ян. — «Електрони легкі та нестабільні, тоді як мозок навчається, переміщуючи іони через мембрани — досягаючи енергоефективного, адаптивного навчання безпосередньо в апаратному забезпеченні, у своєму «мокрому програмному забезпеченні»».
У природі мозок споживає лише близько 20 ватів енергії, тоді як сучасні системи штучного інтелекту потребують мегавати для виконання подібних завдань. Ян пояснює це принциповою різницею у механізмах навчання: людина може розпізнати рукописні цифри після кількох прикладів, тоді як комп’ютеру потрібно тисячі.
Новий нейрон Яна працює за тим самим принципом, що і біологічний: він перетворює електричні імпульси в хімічні сигнали, і навпаки. Завдяки цьому один штучний нейрон потребує лише одного транзистора, що дає змогу зменшити розмір мікросхем і споживання енергії на кілька порядків.
«Ми створюємо будівельні блоки, які дозволять зменшити масштаб і витрати, забезпечивши стабільну роботу штучного інтелекту з рівнем ефективності, наближеним до людського», — наголошує Ян.
Попри те, що срібло не сумісне з традиційним напівпровідниковим виробництвом, команда шукає альтернативні іонні матеріали, які могли б повторити цю функціональність. Наступним кроком буде інтеграція великої кількості штучних синапсів і нейронів, щоб перевірити, наскільки близько система може відтворити когнітивну потужність мозку.
«Ще більш захоплююче те, що такі системи можуть не лише відтворювати інтелект, а й допомогти нам глибше зрозуміти, як працює сам мозок», — підсумував Ян.
#Штучні #нейрони #імітують #мозок #прорив #чіпах #майбутнього
Source link
