Главная » 2013 » Ноябрь » 12 » Синаптический транзистор обучается во время вычислений
15:29
Синаптический транзистор обучается во время вычислений
В нашем головном мозге – более 86 миллиардов нейронов, связанных местами контакта, которые называются синапсами. Нейроны не просто обеспечивают умственную и физическую деятельность, но и постоянно адаптируются к стимулам, ослабляя одни связи и усиливая другие. Благодаря такому процессу обучения в мозге могут происходить быстрые и высокоэффективные вычислительные процессы.
Инженеры факультета машиностроения и прикладных наук Гарвардского университета создали новый тип транзистора, который имитирует поведение синапса. Устройство нового типа одновременно регулирует поток информации и физически адаптируется к меняющимся сигналам. Используя необычные свойства новых материалов, такой транзистор может положить начало принципиально новому виду искусственного интеллекта. Кроме того, адаптация к сигналам позволит значительно сократить расход потребляемой энергии без ущерба для большой вычислительной мощности.
Человеческий мозг, несмотря на феноменальную способность к вычислениям, использует где-то 20 ватт энергии. Неудивительно, что он представляет огромный интерес для инженеров. По словам одного из соавторов исследования Дзян Ши, продемонстрированный транзистор действительно является аналогом синапса в нашем мозге. Каждый раз, когда какой-то нейрон инициирует действие, а другой нейрон на него реагирует, синапс между ними усиливает связь. Чем интенсивнее активность нейронов, тем сильнее синаптическая связь.
Как ионы кальция и рецепторы влияют на изменения биологического синапса, так и ионы кислорода позволяют функционировать искусственной версии. В качестве «аксона» и «дендрита» выступают два платиновых терминала. Функции канала синапса осуществляет тонкая (80 нм) пленка из никелата самария, в кристаллическую решетку которого при подаче напряжения проникают и из которой выпадают ионы кислорода. Изменение концентрации ионов никелата повышает или понижает его электропроводимость, и, как в естественном синапсе, сила связи зависит от временной задержки электрического сигнала.
Структурно устройство состоит их никелата-полупроводника, помещенного между двумя платиновыми электродами, которые прилегают к маленькому резервуару с ионной жидкостью. Внешний мультиплексор преобразовывает временную задержку в значение напряжения, применяемого к ионной жидкости, создавая электрическое поле, которое направляет ионы к никелату либо извлекает их из него. Все устройство имеет длину несколько сотен микрон и встроено в кремниевый чип.
Синаптический транзистор имеет такие преимущества перед традиционными устройствами: он не привязан к двоичному коду, запоминает свое состояние, даже если прерывается подача напряжения, имеет высокую степень энергоэффективности, а также выдерживает температуру до 160 градусов. Недостатки заключаются в сложности синтеза малоизученного никелата самария, а также в том факте, что размер устройства влияет на скорость передачи сигналов. Для создания действительно сверхбыстрого устройства необходимо поместить управляющий электрод еще ближе к жидкости.
В нашем головном мозге – более 86 миллиардов нейронов, связанных местами контакта, которые называются синапсами. Нейроны не просто обеспечивают умственную и физическую деятельность, но и постоянно адаптируются к стимулам, ослабляя одни связи и усиливая другие. Благодаря такому процессу обучения в мозге могут происходить быстрые и высокоэффективные вычислительные процессы. 
