Дослідники роблять прогрес у сфері нейроморфної обчислювання

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 пам’ятій комірці. Ця нова розробка є великим кроком на шляху до досягнення нейроморфної обчислювання, яке може імітувати людський мозок за допомогою напівпровідникових пристроїв.

Дослідження було опубліковано в Nature Communications.

Реалізація штучного інтелекту за допомогою нейроморфної обчислювання

Експерти працюють над тим, щоб нейроморфне обчислювання реалізувало штучний інтелект (ШІ) шляхом імітування механізмів нейронів і синапсів в людському мозку. Поточні комп’ютери не можуть забезпечити деякі когнітивні функції людського мозку через кілька обмежень, але їхній потенціал був ретельно вивчений.

З іншого боку, поточні комплементарні метал-оксидні напівпровідникові (CMOS) нейроморфні схеми з’єднують штучні нейрони та синапси без синергетичних взаємодій. Реалізація нейронів і синапсів виявилася складною.

Щоб подолати ці обмеження, дослідницька група під керівництвом професора Кіона Джей Лі з кафедри матеріалознавства та інженерії реалізувала біологічні робочі механізми людини шляхом введення взаємодій між нейронами та синапсами в одній пам’ятій комірці. Це відрізняється від традиційного підходу до електричного з’єднання 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 синергетичні взаємодії між нейронами та синапсами в нейроморфному пристрої пам’яті, можна імітувати механізми біологічної нейронної мережі. Нейроморфний пристрій також може замінити складні схеми CMOS-нейронів одним пристроєм, що покращує масштабованість та ефективність витрат.

Лудський мозок складається з складної мережі з 100 мільярдів нейронів та 100 трильйонів синапсів, і функції та структури цих можуть змінюватися залежно від зовнішніх стимулів, що дозволяє їм адаптуватися до навколишнього середовища. Нейроморфний пристрій, розроблений командою, дозволяє короткочасній та довгочасній пам’яті співіснувати за допомогою пристроїв пам’яті, які імітують характеристики нейронів та синапсів. Волатильна пам’ять представлена пристроєм порогового перемикання, тоді як фазова пам’ять використовується як неволатильний пристрій. З двома тонкоплівковими пристроями, інтегрованими без негайних 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 мозок”, сказав професор Лі. “Розроблений нейроморфний пристрій пам’яті також імітує ефект повторної навчальної дії, який дозволяє швидко вивчати забуту інформацію шляхом реалізації позитивного зворотного зв’язку між нейронами та синапсами.”