Tutkijat edistävät neuromorfiikkaa tietokoneissa

Korea Advanced Institute of Science (KAIST) -tutkimusryhmä on raportoinut nano-kooltaiseen neuromorfiikkaa muistitallennetta, joka jäljittelee hermosoluja ja synapsia yhtenä soluna. Uusi edistysaskel on merkittävä askel kohti neuromorfiikkaa tietokoneissa, joka voi jäljitellä ihmisaivoja puolijohde laitteilla.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications-julkaisussa.

Tekoälyä neuromorfiikkaa käyttäen

Asiantuntijat työskentelevät neuromorfiikkaa hyödyntäen tekoälyä (AI) jäljittelemällä hermosolujen ja synapsien mekanismeja ihmisaivoissa. Nykyiset tietokoneet eivät voi tarjota tiettyjä kognitiivisia toimintoja ihmisaivoissa johtuen useista rajoituksista, mutta niiden potentiaalia on tutkittu perusteellisesti.

Sanottuna, nykyiset Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) -perusteiset neuromorfiikkaa piirit yhdistävät keinotekoiset hermosolut ja synapsit ilman synergistisiä vuorovaikutuksia. Hermosolujen ja synapsien toteuttaminen on osoittautunut vaikeaksi.

Rajoitusten ylittämiseksi tutkimusryhmä, jota johti Professori Keon Jae Lee Department of Materials Science and Engineering -yksiköstä, toteutti ihmisen biologiset toimintamekanismit esittelemällä hermosolu-synapsi -vuorovaikutuksia yksittäisessä muistitallennus solussa. Tämä eroaa perinteisestä lähestymistavasta, jossa keinotekoiset hermosolujen ja synapsien laitteet yhdistetään sähköisesti.

Keinotekoiset synapsilaitteet

Aiemmin tutkitut keinotekoiset synapsilaitteet ovat usein käytetty rinnakkaislaskenta nopeuttamiseen, mikä osoittaa selviä eroja ihmisaivojen toimintamekanismeista. Hermosolujen ja synapsien synergististen vuorovaikutusten toteuttamisella neuromorfiikkaa muistitallennus laitteessa voitiin jäljitellä biologisen hermoston mekanismeja. Neuromorfiikkaa laite voi myös korvata monimutkaiset CMOS hermosolu piirit yksittäisellä laitteella, mikä parantaa skaalautuvuutta ja kustannustehokkuutta.

Ihmisaivot koostuvat monimutkaisesta 100 miljardin hermosolun ja 100 biljoonan synapsin verkostosta, ja niiden toiminnot ja rakenteet voivat muuttua ulkoisten ärsykkeiden mukaan, mikä mahdollistaa sopeutumisen ympäristöön. Tutkimusryhmän kehittämä neuromorfiikkaa laite mahdollistaa lyhytaikaisen ja pitkäaikaisen muistin yhteiskohtaamisen käyttäen haihtuvia ja haihtumattomia muistitallennus laitteita, jotka jäljittelevät hermosolujen ja synapsien ominaisuuksia. Haihtuva muisti edustetaan kynnyksellä olevalla kytkentälaitteella, kun taas faasi-muisti käytetään haihtumattomana laitteena. Kahden ohutkalvolaitteen integroiminen ilman välittömiä elektrodeja mahdollisti hermosolujen ja synapsien toiminnallisen sopeutumisen neuromorfiikkaa muistitallennus laitteessa.

“Hermosolut ja synapsit vuorovaikuttavat toiminnallisten kognitiivisten toimintojen, kuten muisti ja oppimisen, luomiseksi, joten molempien simulointi on välttämätön tekijä aivoihin perustuvalle tekoälylle”, Professori Lee sanoi. “Kehittämämme neuromorfiikkaa muistitallennus laite jäljittelee myös uudelleen koulutusvaikutusta, joka mahdollistaa nopean oppimisen unohtuneista tiedoista toteuttamalla positiivisen palautevaikutuksen hermosolujen ja synapsien välillä.”