Інженери працюють над новим типом нейроморфного обчислення

Команда інженерів у Пенсільванському університеті працює над новим типом обчислення, оскільки традиційний прогрес обчислення продовжує сповільнюватися. Новий метод обчислення заснований на нейронних мережах мозку, які надзвичайно ефективні.

Стаття була опублікована в Nature Communications.

Обчислення, натхненне мозком

Основна відмінність між сучасними обчисленнями та аналоговими комп’ютерами, до яких належить людський мозок, полягає в тому, що перші складаються з двох станів: ввімкнено/вимкнено або один і нуль. З іншого боку, аналоговий комп’ютер може мати багато можливих станів. Приклад, наведений командою, – порівняння між світлом, яке вмикається та вимикається, і тим, яке має змінну кількість освітлення.

За словами лідера команди та помічника професора інженерної науки та механіки в Пенсільванському університеті Саптарші Даса, дослідження обчислення, натхненного мозком, проводиться вже понад 40 років. У сучасному світі обмеження цифрових комп’ютерів тепер змушують нас шукати високошвидкісну обробку зображень, як у випадку з автономними транспортними засобами.

Біг-дата також відіграє суттєву роль у переході до нейроморфного обчислення, оскільки для нього потрібні типи розпізнавання закономірностей, які добре працюють з обчисленням, заснованим на мозку.

«У нас є потужні комп’ютери, немає сумніву в цьому, проблема полягає в тому, що вам потрібно зберігати пам’ять в одному місці та виконувати обчислення в іншому місці», – сказав Дас.

Переміщаючи дані туди й назад з пам’яті в логіку, витрачається багато енергії, що призводить до сповільнення швидкості обчислень. До тих пір, поки обчислення та зберігання пам’яті не можуть бути в одному місці, потрібно багато місця для такого середовища.

Томас Шрангхамер – аспірант групи та перший автор статті.

«Ми створюємо штучні нейронні мережі, які намагаються імітувати енергетичну та плошову ефективність мозку», – сказав Шрангхамер. «Мозок настільки компактний, що може поміститися на верхівці ваших плечей, тоді як сучасний суперкомп’ютер займає місце розміром з два чи три тенісні корти».

Переконфігуровані штучні нейронні мережі

Команда працює над штучними нейронними мережами, які можна переконфігурувати так само, як і нейрони в людському мозку. Це відбувається шляхом застосування короткочасного електричного поля до аркуша графіту, який являє собою товстий шар атомів вуглецю. Команда продемонструвала щонайменше 16 можливих станів пам’яті.

«Ми показали, що можемо контролювати велику кількість станів пам’яті з точністю за допомогою простих транзисторів ефекту поля графіту», – сказав Дас.

Команда зараз хоче комерціалізувати цю технологію, і Дас вважає, що буде великий інтерес до цієї роботи, враховуючи поточний перехід до нейроморфного обчислення серед найбільших виробників напівпровідників.

Робота команди з Пенсільванського університету є останнім прикладом переходу до таких штучних нейронних мереж. Людський мозок знову доводить свою цінність як джерело натхнення для багатьох нових технологій і надає цінні знання про те, як експерти можуть суттєво зменшити розмір сучасних суперкомп’ютерів.