Краят на ерата на енергоемкия AI: разработен е мемристор, който имитира функцията на човешките неврони

Екип от учени, ръководен от университета в Кеймбридж, направи значителен пробив в разработването на наноелектронни устройства, като създаде чип, който работи на принципа на човешкия мозък.

Новите технологии могат да намалят консумацията на енергия от ИИ-системите със 70%, като същевременно направят машините по-умни и по-адаптивни. Изследването, което има потенциала да промени фундаментално полупроводниковата индустрия, беше публикувано в списание Science Advances.

Съвременният изкуствен интелект се основава на традиционни архитектури, където данните постоянно се движат между паметта и процесора. Този процес изисква колосален разход на енергия. Невроморфните изчисления, предложени от изследователи, обаче комбинират съхранението и обработката на данни на едно място. Ключовият елемент на системата е модифициран мемристор от хафниев оксид, който представлява компонент, имитиращ начина, по който невроните се свързват в мозъка.

Основната разлика между това разработване и съществуващите аналози е неговата стабилност. Повечето мемристори работят благодарение на образуването на непредсказуеми проводими нишки, които изискват високо напрежение. Екипът от Кеймбридж предприе различен подход: чрез добавяне на стронций и титан, те създадоха ултратънък филм, в който превключването на състоянията се осъществява контролируемо на границата между слоевете на материала. Това позволи на устройството да работи при токове милион пъти по-ниски от тези на конвенционалните мемристори на оксидна основа.

Водещият автор на изследването, д-р Бабак Бакхит, отбелязва, че разработеният чип демонстрира изключителна оперативна еднородност и аналогови изчислителни възможности. По време на лабораторните тестове устройствата са останали стабилни в продължение на десетки хиляди цикли на превключване. Освен това, чипът е демонстрирал способността да поддържа биологични модели на обучение, като например пластичност на връзката, зависима от времето на импулса. Това означава, че хардуерът може да прави повече от просто съхраняване на единици и нули, но и да се учи и адаптира към нови условия.

Въпреки успеха си, технологията все още се нуждае от усъвършенстване за индустриален мащаб. Настоящият производствен процес изисква температури от приблизително 700°C, което е по-високо от стандартните температурни показатели за производство на полупроводници. Учените обаче вече работят върху методи за намаляване на температурата, така че тези устройства да могат да бъдат интегрирани в конвенционалните микрочипове.

Този напредък е резултат от три години работа, съпроводена с множество експерименти. Ако проблемът с управлението на температурата бъде решен, новата технология за „електронен мозък“ ще бъде истинска революция, позволявайки създаването на невероятно мощни, но енергийно ефективни системи с изкуствен интелект за устройствата, вариращи от смартфони до огромни центрове за данни.

Припомнете си, че за първи път стана възможно изкуствени неврони да си взаимодействат директно с живи мозъчни клетки. В основата стои възможността за генериране на електрически сигнали, почти идентични с тези на живите неврони, които могат да активират биологичната мозъчна тъкан.