Дослідники роблять прогрес у сфері нейроморфного обчислення

Команда дослідників з Корейського інституту передових технологій (KAIST) повідомила про створення нано-розмірного нейроморфного пристрою пам’яті, який одночасно імітує нейрони та синапси в одній комірці. Ця нова розробка є важливим кроком на шляху до досягнення нейроморфного обчислення, яке може імітувати людський мозок за допомогою напівпровідникових пристроїв.

Дослідження було опубліковано в Nature Communications.

Реалізація штучного інтелекту за допомогою нейроморфного обчислення

Експерти працюють над тим, щоб нейроморфне обчислення дозволило реалізувати штучний інтелект (AI) шляхом імітування механізмів нейронів і синапсів в людському мозку. Сучасні комп’ютери не можуть забезпечити деякі когнітивні функції людського мозку через ряд обмежень, але їхній потенціал був ретельно вивчений.

Відповідно, сучасні нейроморфні схеми на основі комплементарної метал-оксидної напівпровідникової технології (CMOS) з’єднують штучні нейрони та синапси без синергійних взаємодій. Реалізація нейронів і синапсів виявилася складною.

Щоб подолати ці обмеження, команда дослідників під керівництвом професора Кіона Дже Лі з кафедри матеріалознавства та інженерії впровадила біологічні робочі механізми людини шляхом введення взаємодій між нейронами та синапсами в одній комірці пам’яті. Це відрізняється від традиційного підходу, який полягає в електричному з’єднанні штучних нейронних та синаптичних пристроїв.

Штучні синаптичні пристрої

Штучні синаптичні пристрої, які раніше вивчалися, часто використовуються для прискорення паралельних обчислень, що демонструє явні відмінності від робочих механізмів людського мозку. Реалізуючи синергійні взаємодії між нейронами та синапсами в нейроморфному пристрої пам’яті, вдалося імітувати механізми біологічної нейронної мережі. Нейроморфний пристрій також може замінити складні схеми нейронних кіл CMOS одним пристроєм, що покращує масштабованість та ефективність витрат.

Лудський мозок складається з складної мережі з 100 мільярдів нейронів та 100 трильйонів синапсів, а їхні функції та структури можуть змінюватися залежно від зовнішніх стимулів, що дозволяє їм адаптуватися до навколишнього середовища. Нейроморфний пристрій, розроблений командою, дозволяє співіснувати короткочасній та довгочасній пам’яті за допомогою пристроїв пам’яті з можливістю стирання та без можливості стирання, які імітують характеристики нейронів та синапсів._VOLATILNA пам’ять представлена пристроєм з пороговим перемиканням, тоді як фазова пам’ять використовується як неволатильний пристрій. З двома тонкоплівковими пристроями, інтегрованими безпосередньо без електродів, функціональна адаптивність нейронів та синапсів могла бути реалізована в нейроморфній пам’яті.

“Нейрони та синапси взаємодіють один з одним, щоб встановити когнітивні функції, такі як пам’ять та навчання, тому імітування обох є важливим елементом для штучного інтелекту, натренованого на мозку”, – сказав професор Лі. “Розроблений нейроморфний пристрій пам’яті також імітує ефект повторного навчання, який дозволяє швидко вивчати забуту інформацію шляхом реалізації позитивного зворотного зв’язку між нейронами та синапсами.”