Чип с десетки хиляди изкуствени синапси, подобни на мозъчните, ще се използва в преносими устройства с ИИ

Инженери от Масачузетския технологичен институт (MIT) са демонстрирали „мозък в чип“. Чипът, имайки размер по-малък от бонбона, се състои от десетки хиляди изкуствени синапси или мемристори, които представляват силициеви компоненти, имитиращи работата на мозъчните синапси (връзки) при предаването на информацията в мозъка.

Новият тип мемристори е способен да запомня изображения и да ги възпроизвежда в изключително добро качество, като това може да става многократно. Разработката може да се използва при конструирането на нервоморфни устройства, тоест електроника, която обработва информацията по схема, имитираща невронната архитектура на мозъка. Тези схеми могат да се вграждат в малки портативни устройства и с тяхна помощ да се изпълняват сложни изчислителни задачи.

„Ние се опитваме да създадем оборудване за невронни мрежи нужни за портативни системи с изкуствен интелект“ – казва Живан Ким, доцент в катедрата по машиностроене в MIT-“ Представете си, че вие включвате невроморфно устройство към камерата на вашия автомобил и то ще може да разпознава различните обекти и източници на светлина , а след това мигновено ще взема решения, без да има нужда да се включва към Интернет“.

Транзисторите в обичайните схеми предават информация, превключвайки се между две значения, 0 и 1, правейки това, когато електрическият сигнала има съответстващата сила. Мемристорите, подобно на мозъчните синапси, работят по градиент. Сигналът, който той генерира се променя в зависимост от силата на приетия сигнал. Това позволява на един мемристор да има много значения и следователно да изпълнява по-широк диапазон от операции, отколкото двоичните транзистори.

Подобно на мозъчния синапс, мемристорът също може да „запомни“ значението, свързано с дадена сила на тока и да генерира точно такъв сигнал следващия път, когато получи аналогичен ток.

Учените предполагат, че на мемристорите ще са им нужни много по-малко микросхеми, отколкото при обичайните транзистори и това ще позволи създаването на портативни изчислителни устройства, който няма да имат необходимост да се включват към интернет.

Съществуващите конструкции сега са ограничени по производителност. Един мемристор се състои от положителен и отрицателен електрод , разделени от „превключваща среда“. Когато единият електрод подава определено напрежение, неговите йони протичат през тази среда, образувайки „канал на проводимост“ към другия електрод. Размерът на йонния канал и възпроизвежданият сигнал трябва да са пропорционални по сила на стимулиращото напрежение.

Ким обяснява, че съществуващите конструкции на мемристори работят достатъчно добре в случаите, когато напрежението стимулира голям проводим канал или силен поток от йони от единия електрод към другия. Но тези конструкции са по-малко надеждни, когато мемристорите трябва да генерират по-слаби сигнали чрез тънки канали на проводимост. Колкото е по-тънък канала на проводимост, толкова по-трудно се групират йоните. В резултат на приемащият електрод му е трудно да улови надеждно нужното количество йони и следователно да предаде същия сигнал.

Ким и неговите колеги са открили начин да избегнат тези ограничения, заимствайки техника от металургията. Учените забелязали, че металурзите се опитват да добавят различни атоми в обемната матрица за да подсилят материалите. Инженерите обикновено използват сребро в качеството на материал за положителен електрод. Екипът на Ким установил, че медта може да бъде идеален легиращ елемент, тъй като може да се свързва както със среброто, така и със силиция, за да може да задържа йоните на среброто заедно, позволявайки им бързо да преминават към другия електрод.

Екипът отначало е изготвил отрицателен електрод от силиций, а след това положителен, нанасяйки известно количество мед и отгоре слой сребро. Впоследствие закрепили двата електрода около аморфна силициева среда. Получила се силициева схема с десетки хиляди мемристори.

Отначало с помощта на чипа учените пресъздали сиво изображение на щита на Капитан Америка. Те приравнявали всеки пиксел от изображението към съответстващ мемристор в чипа, а след това модулирали проводимостта на всеки мемристор, съответно на наситеността на цвета в съответстващия пиксел. Микросхемата възпроизвела същото ясно изображение и успяла да го „запомни“ и след това многократно да го възпроизведе.

Освен това, изпробвали чипа в задача за обработка на изображения, включително за повишаване на контраста на възпроизвеждане и за създаване на замъгленост на изображението. Новият дизайн на чипа позволил тези операции да бъдат изпълнени по-надеждно, отколкото досега съществуващите конструкции.

Екипът на Ким се надяват да подобрят своята разработка и твърдо вярват, че тя ще намери широко приложение в портативни устройства, използващи изкуствен интелект.

Наскоро ви запознахме с постижение на учени от Масачузетския университет в Амхърст, които са създали мемристори, при които единият електрод бил изготвен от протеинови нишки, които функционират като живите си аналози. Предполага се, че и тази технология ще се използва в енергоефективни устройства с изкуствен интелект.

Източник