MIT Vedci Design Umelé Synapse pre Brain-ako počítač Chips

Nová éra výpočtovej techniky sa priblížila, pretože výskumníci vytvorili dizajn a spustili prvý praktický test umelej synapsie, ktorý by mohol počítačom umožniť replikovať niektoré z najvýkonnejších a najkomplikovanejších funkcií mozgu.

Kým počítače sa môžu zdať silnejšie ako naše mozgy, v skutočnosti sa môžeme zaoberať oveľa širším rozsahom možných signálov ako „zapnuté“ a „vypnuté“ binárne, vďaka synapsiam, ktoré zvládajú spojenia medzi neurónmi.

Replikovanie tejto schopnosti v počítači vyžaduje umelé synapsie, ktoré môžu spoľahlivo posielať všetky tieto jemne odlišné signály. Ako opisujú v pondelkovom čísle časopisu Prírodné materiály výskumníci z Massachusetts Institute of Technology vykonali to, čo nazývajú prvou praktickou skúškou takejto umelej synapsie, čím uvoľňujú to, čo je známe ako neuromorfné výpočty.

Kým testy sa uskutočnili len v počítačových simuláciách, testy boli sľubné. Výskumníci použili návrhy umelých synapsií na rozpoznanie rôznych vzoriek rukopisu. Simulácie, ktoré bežali sa podarilo takmer zhodovať s tým, čo existujúce tradičné algoritmy môžu robiť, pokiaľ ide o presnosť - 95 verzus 97 percent - čo je impozantný východiskový bod pre tech in je absolútne detstvo.

Tradičné digitálne počítače sa spoliehajú na binárnu signalizáciu. Hodnota jedného znamená „zapnuté“, zatiaľ čo hodnota nula znamená „vypnuté“. Pretože počítače môžu vykonávať špecifické výpočty oveľa rýchlejšie a efektívnejšie, než je možné, je ľahké predpokladať, že tento binárny prístup je lepší ako to, čo sa deje v našich mozgy.

Ale analógové nastavenie 100 miliárd neurónov v každom z našich mozgov je pravdepodobne oveľa sofistikovanejšie. 100 bilión Synapsy, ktoré riadia spojenia medzi týmito neurónmi, jednoducho neposielajú signály zapnuté alebo vypnuté.

Rôzne typy a počty iónov, ktoré prúdia cez danú synapse, určujú, aký silný signál vysiela do určitého neurónu a toto spektrum možných správ znamená, že náš mozog môže odomknúť oveľa väčšiu škálu výpočtov. Ak by počítače mohli pridať takúto zložitosť k svojim už značným súborom nástrojov, pozerali by ste sa na niektoré vážne výkonné stroje - a ani oni by nemuseli byť obri.

Tu je problém: Príroda má niekoľko miliárd rokov na dokončenie synapsií v našich mozgoch a iných druhov. Výskumní pracovníci sa snažia vytvoriť syntetický ekvivalent len ​​niekoľko rokov a existujú niektoré veľké prekážky. Najväčšie je, že každá umelá synapse musí spoľahlivo posielať presne ten istý druh signálu pre každý vstup, ktorý prijíma, inak sa komplikovanosť len rozpadne na chaos.

„Akonáhle použijete nejaké napätie, aby ste reprezentovali niektoré údaje s vašim umelým neurónom, musíte vymazať a znova ho napísať presne rovnakým spôsobom,“ povedala Kim. „Ale v amorfnej pevnej látke, keď znova píšete, ióny idú v rôznych smeroch, pretože tam je veľa chýb. Tento prúd sa mení a je ťažké ho kontrolovať. To je najväčší problém - nerovnomernosť umelej synapsie. “

Výskumníci MIT sú optimistickí, pretože ich dizajn urobil významný pokrok v tomto probléme použitím iného materiálu, jednokryštalického kremíka, ktorý dokonale funguje bez porúch. V simulácii vedci navrhli umelé synapsie na vrchole tohto základu s použitím kremíkového germánia so spoločným tranzistorovým materiálom, boli schopní vytvoriť prúdy, ktoré sa pohybovali len okolo štyroch percent medzi rôznymi synapciami. To nie je dokonalé, ale je to obrovské zlepšenie toho, čo sa doteraz dosiahlo.

Pre túto chvíľu zostáva táto práca teoretická a existuje rozdiel medzi demonštrovaním sľubných výsledkov v simulácii verzus realizáciou skutočného testu v reálnom svete. Ale Kim a jeho tím sú optimisti.

„To otvára odrazový mostík na výrobu skutočného umelého hardvéru,“ povedal.