Нейроморфное запоминающее устройство имитирует нейроны и синапсы

Исследователи сообщили о наноразмерном нейроморфном устройстве памяти, которое одновременно эмулирует ы и ы в элементарной ячейке, что является еще одним шагом на пути к достижению цели нейроморфных вычислений, разработанных для строгой имитации человеческого мозга с помощью полупроводниковых устройств.


Нейроморфные вычисления направлены на реализацию искусственного интеллекта (ИИ) путем имитации механизмов нейронов и синапсов, составляющих человеческий мозг. Вдохновленные когнитивными функциями человеческого мозга, которые не могут обеспечить современные компьютеры, нейроморфные устройства были широко исследованы. Однако современные нейроморфные схемы на основе комплементарных металло-оксидных полупроводников (CMOS) просто соединяют искусственные нейроны и без синергетических взаимодействий, и сопутствующая реализация нейронов и синапсов по-прежнему остается проблемой. Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа под руководством профессора Кеона Джэ Ли из Департамента материаловедения и инженерии внедрила биологические рабочие механизмы человека, представив взаимодействие нейронов и синапсов в одной ячейке памяти вместо традиционного подхода электрического соединения. искусственные нейронные и синаптические устройства.

Подобно коммерческим графическим картам, ранее изученные искусственные синаптические устройства часто использовались для ускорения параллельных вычислений, что показывает явные отличия от механизмов работы человеческого мозга. Исследовательская группа реализовала синергетические взаимодействия между нейронами и синапсами в устройстве нейроморфной памяти, эмулируя механизмы биологической нейронной сети. Кроме того, разработанное нейроморфное устройство может заменить сложные нейронные схемы CMOS одним устройством, обеспечивая высокую масштабируемость и экономическую эффективность.

Человеческий мозг состоит из сложной сети из 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов синапсов. Функции и структуры нейронов и синапсов могут гибко изменяться в зависимости от внешних раздражителей, приспосабливаясь к окружающей среде. Исследовательская группа разработала нейроморфное устройство, в котором краткосрочная и долговременная память сосуществуют с использованием устройств энергозависимой и энергонезависимой памяти, которые имитируют характеристики нейронов и синапсов соответственно. Устройство порогового переключения используется в качестве энергозависимой памяти, а память с изменением фазы используется в качестве энергонезависимого устройства. Два тонкопленочных устройства интегрированы без промежуточных электродов, реализующих функциональную адаптивность нейронов и синапсов в нейроморфной памяти.

Профессор Кеон Джэ Ли объяснил: «Нейроны и синапсы взаимодействуют друг с другом, чтобы установить когнитивные функции, такие как память и обучение, поэтому имитация обоих является важным элементом искусственного интеллекта, вдохновленного мозгом. Разработанное нейроморфное устройство памяти также имитирует эффект переобучения, который позволяет быстрое изучение забытой информации за счет реализации эффекта положительной обратной связи между нейронами и синапсами».