नई कृत्रिम न्यूरॉन डिवाइस न्यूरल गणनाओं के लिए ऊर्जा आवश्यकताओं को बहुत कम कर सकती है

सैन डिएगो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नई कृत्रिम न्यूरॉन डिवाइस विकसित की है जो वर्तमान सीएमओएस-आधारित हार्डवेयर की तुलना में 100 से 1000 गुना कम ऊर्जा और क्षेत्र के साथ न्यूरल गणनाएं चला सकती है।

हालिया रिपोर्ट 18 मार्च को एक पत्र में प्रकाशित की गई थी नेचर नैनोटेक्नोलॉजी में।

न्यूरल नेटवर्क में जुड़े हुए कृत्रिम न्यूरॉन्स की एक परत के लिए इनपुट उत्पन्न करने के लिए, एक गैर-रेखीय सक्रियण कार्य नामक एक गणितीय गणना को लागू करना आवश्यक है। हालांकि, यह अनुप्रयोग बहुत सारी कंप्यूटर शक्ति और परिपथ की आवश्यकता है क्योंकि डेटा को मेमोरी और बाहरी प्रोसेसर के बीच स्थानांतरित करने की आवश्यकता है।

यूसी सैन डिएगो के शोधकर्ताओं ने एक नए नैनो-मीटर आकार के डिवाइस को विकसित किया है जो इस सक्रियण कार्य को बहुत अधिक कुशलता से कर सकता है।

दuygu कुज़ुम यूसी सैन डिएगो जैकब्स स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के प्रोफेसर हैं।

“हार्डवेयर में न्यूरल नेटवर्क गणना बढ़ती असमानता के साथ कम कुशल हो जाती है क्योंकि न्यूरल नेटवर्क मॉडल बड़े और अधिक जटिल हो जाते हैं,” कुज़ुम ने कहा। “हमने एक एकल नैनोस्केल कृत्रिम न्यूरॉन डिवाइस विकसित किया है जो हार्डवेयर में इन गणनाओं को बहुत क्षेत्र- और ऊर्जा-कुशल तरीके से लागू करता है।”

अध्ययन का नेतृत्व कुज़ुम और पीएचडी छात्र शांगहोन ओह ने किया, और उन्होंने यूसी सैन डिएगो भौतिकी प्रोफेसर इवान शुलर के साथ सहयोग किया, जो ऊर्जा-कुशल कृत्रिम न्यूरल नेटवर्क के हार्डवेयर अनुप्रयोगों के विकास के साथ जुड़े एक डीओई ऊर्जा फ्रंटियर रिसर्च सेंटर का नेतृत्व करते हैं।

नया डिवाइस

विकसित किए गए नए डिवाइस पर एक रेक्टिफाइड लीनियर यूनिट पर निर्भर करता है, जो न्यूरल नेटवर्क प्रशिक्षण में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य सक्रियण कार्यों में से एक है। यह हार्डवेयर की आवश्यकता है जो प्रतिरोध में धीरे-धीरे परिवर्तन कर सकता है, जो कि इंजीनियरों ने लक्ष्य बनाया था। डिवाइस धीरे-धीरे एक छोटी मात्रा में गर्मी के साथ एक इन्सुलेट से एक चालक अवस्था में स्विच कर सकता है।

इस स्विच को वैनेडियम डाइऑक्साइड की एक बहुत पतली परत में एक मोट्ट संक्रमण के रूप में जाना जाता है, और इस परत के ऊपर एक नैनोवायर हीटर है जो टाइटेनियम और सोने से बना है। वैनेडियम डाइऑक्साइड परत धीरे-धीरे गर्म हो जाती है जब नैनोवायर में करंट प्रवाहित होता है, और इससे इन्सुलेट से चालक अवस्था में एक धीरे-धीरे और नियंत्रित स्विच होता है।

ओह अध्ययन के पहले लेखक हैं।

“यह डिवाइस वास्तुकला बहुत दिलचस्प और नवाचारी है,” ओह ने कहा। “इस मामले में, हम सामग्री के ऊपर एक नैनोवायर के माध्यम से करंट प्रवाहित करते हैं ताकि इसे गर्म किया जा सके और एक बहुत ही धीरे-धीरे प्रतिरोध परिवर्तन को प्रेरित किया जा सके।”

डिवाइस को लागू करना

लागू करने के लिए, टीम ने सक्रियण डिवाइसों की एक सरणी और एक सिनैप्टिक डिवाइस सरणी बनाई, और फिर दोनों को एक कस्टम प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर एकीकृत किया। वे तब जुड़े हुए थे, जिससे एक हार्डवेयर संस्करण của एक न्यूरल नेटवर्क बन गया।

नेटवर्क का उपयोग एक छवि के माध्यम से एक एज डिटेक्शन प्रक्रिया को संसाधित करने के लिए किया गया था, जिसमें वस्तुओं के रूपरेखा और किनारों की पहचान की गई थी। एकीकृत हार्डवेयर प्रणाली ने विभिन्न प्रकार के गहरे न्यूरल नेटवर्क के लिए महत्वपूर्ण संवोलक संचालन करने की अपनी क्षमता का प्रदर्शन किया।

“वर्तमान में, यह एक प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट है,” कुज़ुम ने कहा। “यह एक छोटी सी प्रणाली है जिसमें हमने केवल एक सिनैप्टिक परत के साथ एक सक्रियण परत को स्टैक किया है। इनमें से अधिक को एक साथ स्टैक करके, आप विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक अधिक जटिल प्रणाली बना सकते हैं।”