Кардиограмма электронного чипа

Александр Гурьянов
(«ХиЖ», 2022, №6)

Машинный интеллект на базе искусственных нейронных сетей решает множество задач в самых разных областях жизни: распознавание изображений, организация социальных сетей, управление транспортом, постановка диагнозов, перевод текстов. Математики моделируют обучение искусственного интеллекта (ИИ) специальными программами поиска экстремумов, которые запускают на компьютерах той или иной сложности. При научении программа постепенно забывает начальные условия, а ее параметры приобретают оптимальные для поставленной задачи величины.

Человеческий интеллект работает несколько по-другому. Он, как правило, сохраняет стартовые данные задачи в долговременной памяти. Для него решение проблемы — это адаптация к ситуации. Мозг живого существа учится на протяжении всей жизни, поэтому постоянно активирует новые связи между нейронами. Традиционные компьютерные чипы лишены такой возможности, их устройство и число заданы изначально.

Создать маленький чип, способный гибко адаптироваться под задачи ИИ, пытаются многие исследователи. Их привлекает перспектива отказаться от громоздких вычислительных систем в пользу чипов, встраиваемых в различные конструкции: автомобили, роботы, бытовую технику. Только что появилась работа, посвященная очередному достижению на этом пути. В ней показано, как с помощью электрического импульса можно изменять параметры компьютерных чипов на основе минерала перовскита (NdNiO3) и этим имитировать поведение мозга при обучении. Работа выполнена двумя десятками ученых из различных американских университетов под руководством профессора Университета Пердью Ширама Раманатана (Shriram Ramanathan).

Ученые продемонстрировали новый миниатюрный чип, прибор, в котором они создавали искусственные нейроны, синапсы и конденсаторы памяти. Принцип в том, что управляющий наносекундный импульс тока разной энергии изменяет локальное распределение и концентрацию ионов водорода в перовските, электронные характеристики которого, в том числе проводимость, очень чувствительны к ней.  Так функции прибора адаптируют к задачам ИИ. К примеру, если в центре чипа водородная концентрация высока по сравнению с краями, то он работает как единая нервная клетка, нейрон. Если концентрация в центре мала — как синапс, соединяющий нейроны.

Чтобы оценить работу прибора, ученые из университетов Санта-Клары и штата Орегон в Портленде построили математическую модель его функционирования. Она оценивала работу на чипе искусственной нейронной сети, которая классифицировала электрокардиограммы сердца, и доказала превосходство над традиционным ИИ. Подгруппа ученых из университета штата Пенсильвания показала, что сеть на новом чипе сможет сама выбирать те его энергетические состояния, которые наиболее выгодны для решения конкретной задачи.

Авторы прочат успех своей разработке, поскольку чип работает при комнатных температурах, а для его производства достаточно общепринятых компьютерных технологий. Так что проблем при его массовом изготовлении быть не должно. Сейчас команда работает над демонстрацией своих революционных концепций на процессоре, состоящем из многих инновационных чипов.


(Science, 375 (6580), 2022)

123

Разные разности

20.11.2022 17:30:00

Исследователи из Университета Тренто в Италии проанализировали, как хранение в прозрачных бутылках влияет на концентрацию летучих веществ, из которых складывается аромат белого вина.

>>
14.11.2022 15:30:00

…порошок безопасного трехкомпонентного сплава Nd2Fe14B при внесении в горелку дает фонтан длинных искр, каждая из которых со временем становится ярче и порождает пучки новых искр…

…приматологи получили первые свидетельства длительных социальных отношений между шимпанзе и гориллами в дикой природе

…низкие концентрации хлорида цетилпиридиния, входящего в состав некоторых ополаскивателей для рта, уничтожают вирус SARS-CoV-2, разрушая его липидную мембрану


>>
10.11.2022 14:00:00

Можно ли что-то противопоставить засухе и защитить посевы? Неожиданное решение придумали ученые из Института физико-химических исследований в Японии. Они предлагают добавлять в почву этиловый спирт.

>>
08.11.2022 15:30:00

Менделеев считал, что углеводороды образуются в мантии Земли из неорганического углерода и водорода на сверхбольших глубинах. С начала ХХI века в разных лабораториях мира физики проводят эксперименты, подтверждающие эту идею.

>>
02.11.2022 12:00:00

Однажды на мероприятии в Белом доме директор компании Goya Foods хвалебно отозвался о президенте Дональде Трампе, после чего в соцсетях сразу появились призывы объявить этой фирме бойкот. Эту историю, которая описывается научным понятием «политический консьюмеризм», исследовали ученые из Школы прикладной экономики и менеджмента Корнеллского университета.

>>