Peneliti Membuat Kemajuan Dalam Komputasi Neuromorfik

Sebuah tim peneliti di Korea Advanced Institute of Science (KAIST) telah melaporkan perangkat memori neuromorfik berukuran nano yang meniru neuron dan sinapsis secara bersamaan dalam satu sel unit. Kemajuan baru ini adalah langkah besar menuju pencapaian komputasi neuromorfik yang dapat meniru otak manusia dengan perangkat semikonduktor. 

Penelitian ini dipublikasikan di Nature Communications.

Mengaktualkan AI Dengan Komputasi Neuromorfik

Para ahli bekerja pada pengaktualan komputasi neuromorfik untuk mengaktualkan kecerdasan buatan (AI) dengan meniru mekanisme neuron dan sinapsis di otak manusia. Komputer saat ini tidak dapat menyediakan beberapa fungsi kognitif otak manusia karena beberapa keterbatasan, tetapi potensinya telah dieksplorasi secara menyeluruh. 

Dengan demikian, sirkuit neuromorfik berbasis Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) saat ini menghubungkan neuron dan sinapsis buatan tanpa interaksi sinergis. Implementasi neuron dan sinapsis telah terbukti sulit. 

Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim peneliti yang dipimpin oleh Professor Keon Jae Lee dari Departemen Ilmu dan Teknik Bahan menerapkan mekanisme kerja biologis manusia dengan memperkenalkan interaksi neuron-sinapsis dalam satu sel memori. Ini berbeda dari pendekatan tradisional yang menghubungkan perangkat neuron dan sinapsis buatan secara elektrik. 

Perangkat Sinapsis Buatan

Perangkat sinapsis buatan yang dipelajari sebelumnya sering digunakan untuk mempercepat komputasi paralel, yang menunjukkan perbedaan yang jelas dari mekanisme operasional otak manusia. Dengan menerapkan interaksi sinergis antara neuron dan sinapsis dalam perangkat memori neuromorfik, mekanisme jaringan neural biologis dapat ditiru. Perangkat neuromorfik juga dapat menggantikan sirkuit neuron CMOS yang kompleks dengan satu perangkat, yang meningkatkan skalabilitas dan efisiensi biaya. 

Otak manusia terdiri dari jaringan kompleks yang terdiri dari 100 miliar neuron dan 100 triliun sinapsis, dan fungsi serta struktur ini dapat berubah tergantung pada stimulus eksternal, yang memungkinkan mereka beradaptasi dengan lingkungan sekitar. Perangkat neuromorfik yang dikembangkan oleh tim ini memungkinkan memori jangka pendek dan jangka panjang untuk coexist menggunakan perangkat memori volatile dan non-volatile yang meniru karakteristik neuron dan sinapsis. Memori volatile diwakili oleh perangkat switch ambang, sedangkan memori fase-ganti digunakan sebagai perangkat non-volatile. Dengan dua perangkat film tipis yang terintegrasi tanpa elektroda segera, adaptabilitas fungsional neuron dan sinapsis dapat diimplementasikan dalam memori neuromorfik. 

“Neuron dan sinapsis berinteraksi dengan satu sama lain untuk membentuk fungsi kognitif seperti memori dan pembelajaran, sehingga mensimulasikan keduanya adalah elemen esensial untuk kecerdasan buatan yang terinspirasi otak,” kata Professor Lee. “Perangkat memori neuromorfik yang dikembangkan juga meniru efek pelatihan ulang yang memungkinkan pembelajaran cepat dari informasi yang terlupakan dengan menerapkan efek umpan balik positif antara neuron dan sinapsis.”