Резисторы памяти на основе графена перспективны для вычислений на основе мозга

По мере замедления прогресса в традиционных вычислениях на передний план выходят новые формы вычислений. В Пенсильвании команда инженеров пытается создать новый тип вычислений, который имитирует эффективность нейронных сетей мозга, используя при этом аналоговую природу мозга.

Мемристоры из графена открывают двери для биомиметических вычислений.
Мемристоры из графена открывают двери для биомиметических вычислений.

Современные вычисления – это цифровые технологии, состоящие из двух состояний: «включено-выключено» или «единица и ноль». Аналоговый компьютер, как и мозг, имеет множество возможных состояний. В этом разница между включением и выключением света и переключением регулятора яркости на разное количество света.

По словам Саптарши Даса, руководителя группы и доцента кафедры инженерных наук и механики, нейроморфные или мозговые вычисления изучаются более 40 лет. Новым является то, что по мере достижения пределов цифровых вычислений потребность в высокоскоростной обработке изображений, например, для беспилотных автомобилей, возросла. Распространение больших данных, для которых требуются типы распознавания образов, для которых особенно хорошо подходит архитектура мозга, является еще одним движущим фактором в стремлении к нейроморфным вычислениям.

«У нас есть мощные компьютеры, без сомнения, проблема в том, что вам нужно хранить память в одном месте, а вычисления выполнять в другом», – сказал Дас.

Перемещение этих данных из памяти в логику и обратно отнимает много энергии и снижает скорость вычислений. Кроме того, эта компьютерная архитектура требует много места. Если бы вычисления и хранилище памяти могли быть расположены в одном пространстве, это узкое место можно было бы устранить.

«Мы создаем искусственные нейронные сети, которые стремятся имитировать эффективность энергии и площади мозга», – пояснил Томас Шрангхамер, докторант группы Das и первый автор статьи, недавно опубликованной в Nature Communications. «Мозг настолько компактен, что может уместиться на ваших плечах, тогда как современный суперкомпьютер занимает пространство размером с два или три теннисных корта».

Подобно синапсам, соединяющим нейроны мозга, которые можно реконфигурировать, искусственные нейронные сети, которые создает команда, можно перенастроить, применив кратковременное электрическое поле к листу графена, слою атомов углерода толщиной в одну атомную единицу. В этой работе они показывают по крайней мере 16 возможных состояний памяти, в отличие от двух в большинстве мемристоров на основе оксидов или резисторов памяти.

«Мы показали, что можем с точностью управлять большим количеством состояний памяти, используя простые графеновые полевые транзисторы», – сказал Дас.

Команда считает целесообразным довести эту технологию до коммерческого уровня. Дас считает, что, поскольку многие из крупнейших полупроводниковых компаний активно занимаются нейроморфными вычислениями, они сочтут эту работу интересной.

Управление армейских исследований поддержало эту работу. Команда подала заявку на патент на это изобретение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *