MIT Учените проектират изкуствен синапс за мозъчно-подобни компютърни чипове

Новата ера на компютрите се сближи още повече, тъй като изследователите създадоха дизайна и проведоха първия практичен тест за изкуствен синапс, който може да позволи на компютрите да възпроизведат някои от най-мощните и сложни функции на мозъка.

Докато компютрите може да изглеждат по-мощни от нашите мозъци, ние всъщност можем да се справим с много по-широк спектър от възможни сигнали, отколкото „включено“ и „изключено“ от двоичното, благодарение на синапсите, които обработват връзките между невроните.

Възпроизвеждането на тази способност в компютъра изисква изкуствени синапси, които могат надеждно да изпращат всички тези тънко различни сигнали. Както описват в дневника на понеделник Материали за природата Изследователите от Масачузетския технологичен институт са извършили това, което те наричат ​​първия практичен тест на такъв изкуствен синапс, разгръщайки така наречения невроморфен компютър.

Докато тестовете се случваха само в компютърни симулации, тестовете бяха обещаващи. Изследователите използвали изкуствения синапсов дизайн, за да разпознават различни почеркни проби. Симулацията, която те проведоха, успяваше почти да съвпадне с това, което съществуващите традиционни алгоритми могат да направят по отношение на точност - 95 срещу 97% - което е впечатляваща отправна точка за технологията в абсолютна детска възраст.

Традиционните цифрови компютри разчитат на двоично сигнализиране. Стойността на едно означава "включено", докато стойността на нула означава "изключена". Тъй като компютрите могат да извършват специфични изчисления много по-бързо и по-ефективно, отколкото можем, лесно е да се предположи, че този двоичен подход е по-добър от това, което се случва в мозъците.

Но аналоговата настройка на 100-те милиарда неврона във всеки от нашите мозъци е много по-сложна. 100 трилион синапсите, които управляват връзките между тези неврони, не просто изпращат сигнали за включване или изключване.

Различните типове и числа на йони, които преминават през даден синапс, определя колко силен е сигналът, който изпраща към определен неврон, и че спектърът от възможни съобщения означава, че нашият мозък може да отключи много по-голямо разнообразие от изчисления. Ако компютрите биха могли да добавят този вид сложност към своите вече доста големи инструменти, вие бихте гледали на някои сериозно мощни машини - и те не би трябвало да са гигантски.

Ето проблемът: Природата имаше няколко милиарда години, за да усъвършенства синапсите в мозъка ни и тези на други видове. Изследователите се опитват да създадат синтетичен еквивалент само за няколко години и има някои големи пречки. Най-голямото е, че всеки изкуствен синапс трябва надеждно да изпраща точно същия вид сигнал за всеки вход, който получава, в противен случай сложността просто деградира в хаос.

"След като приложите някакво напрежение, за да представите някои данни с вашия изкуствен неврон, трябва да изтриете и да можете да го напишете отново по същия начин", каза Ким. - Но в едно аморфно твърдо вещество, когато пишете отново, йоните отиват в различни посоки, защото има много дефекти. Този поток се променя и е трудно да се контролира. Това е най-големият проблем - нееднородност на изкуствения синапс."

Изследователите от MIT са оптимисти, че техният дизайн е постигнал значителен напредък по този проблем, използвайки различен материал - еднокристален силиций, който се справя перфектно без дефекти. В симулация учените са проектирали изкуствени синапси на тази основа, използвайки общия транзисторен материал силициев германий, те са били в състояние да създадат токове, които варират само около четири процента между различните синапси. Това не е перфектно, но това е огромно подобрение на постигнатото по-рано.

Засега тази работа остава теоретична и има разлика между демонстрирането на обещаващи резултати в симулацията и осъзнаването на това в действителен тест в реалния свят. Но Ким и екипът му са оптимисти.

"Това отваря стъпка към производството на истински изкуствен хардуер", каза той.