Konstgjorda synapser fylla luckorna för brainier dator chips

Datorer

Just nu, du bär runt den mest kraftfulla dator i tillvaron – den mänskliga hjärnan. Detta är naturligtvis en super-effektiv maskin är långt bättre än någon människa någonsin har byggt, så det är inte förvånande att forskare är att försöka att utföra reverse engineering på det. Snarare än binära bitar av information, neuromorphic datorer är byggda med nätverk av artificiella neuroner, och nu är det en MIT-teamet har utvecklat en mer levande synapse för att bättre ansluta dessa nervceller.

För enkelhetens skull, datorer bearbeta och lagra information i ett binärt sätt – allt kan brytas ner i en rad av ettor och nollor. Detta system har tjänat oss väl under större delen av-talet, men att ha tillgång till en helt ny värld av analog “gråzoner” i mellan kan verkligen ge datorkraft ett skott i armen.

Hjärnan är en perfekt modell för dessa typer av system. Medan vi har knappt skrapat på ytan av hur det fungerar exakt, vad vi vet är att hjärnan behandlar både analoga och digitala signaler, bearbetar och lagrar information i samma regioner, och utför många operationer parallellt. Detta är tack vare att omkring 100 miljarder nervceller dynamiskt kommunicera med varandra via några 100 biljoner synapser.

Medan neurala nätverk för att efterlikna mänskligt tänkande på mjukvarusidan, neuromorphic marker är mycket mer hjärna som i utformningen av sin hårdvara. Deras arkitektur består av artificiell nervceller som bearbetar data och kommunicera med varandra genom konstgjord synapser. IBM: s TrueNorth superdator är en av de mest kraftfulla neuromorphic system, och Intel har nyligen presenterat en mer blygsam, forskningsnära chip det samtal Loihi.

I konventionella neuromorphic chips, synapser är tillverkade av amorft material inklämd mellan ledande lager av närliggande nervceller. Joner flödet genom detta material när en spänning, för att överföra data mellan nervceller. Problemet är att de kan vara oförutsägbara, med fel i att byta medium skicka joner vandrar iväg i olika riktningar.

“När du applicera lite spänning för att representera data med din artificiell neuron, måste du radera och kunna skriva om det igen på exakt samma sätt, säger Jeehwan Kim, forskare på projektet. “Men i ett amorft fast, när du skriver igen, de joner som går i olika riktningar eftersom det finns massor av fel. Denna ström är föränderliga och det är svårt att styra. Det är det största problemet – nonuniformity av den konstgjorda synaps.”

För att bekämpa problemet, MIT-forskare designat ett nytt medium för en konstgjord synaps. De började med en skiva av single-kristallint kisel växte sedan ett lager av kisel-germanium över toppen. Båda materialen har en galler-liknande mönster, men kisel-germanium mönster är något större, så när de två överlappar varandra och bildar en slags tratt form, hålla joner på den raka och smala.

De byggde en neuromorphic chip med hjälp av denna teknik, med kisel-germanium synapser som mäter ca 25 nanometer breda. Laget sedan testat dem alla genom att lägga en spänning till dem, och fann att det totalt fanns det cirka fyra procent av variationen i den ström som passerar genom dem. En individ synapse, testade över 700 cykler, konstaterades också att hålla en jämn ström, med en variation på bara 1 procent.

“Detta är den mest enhetliga enhet som vi kan uppnå, vilket är nyckeln till att visa artificiella neurala nätverk,” säger Kim.

Forskarna har sedan sätta chipet genom sin takt med en simulerad test. De använde ett artificiellt neuralt nätverk som fungerade som om det var gjort av tre ark av nervceller i samband med två lager av synapser. Då de utfodras i uppgifter om tiotusentals handskrift prov, och fann att systemet senare kan erkänna 95 procent av prover som det var då. Det är inte långt bort 97 procent noggrannhet som mer etablerade system kan åstadkomma.

Nästa, laget planer på att utveckla en fysisk neuromorphic chip som kan hantera denna uppgift i den verkliga världen.

“I slutändan vill vi ha ett chip så stor som en nagel för att ersätta en stor superdator, säger Kim. “Detta öppnar en språngbräda för att producera riktiga konstgjorda hårdvara.”

Forskningen publicerades i tidskriften Nature Materials.

Källa: MIT

Konstgjorda synapser fylla luckorna för brainier dator chips

1 / 2