Кардиограмма электронного чипа

Александр Гурьянов

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)

Разные разности
Игры делают нас людьми
Игры — важнейший инструмент становления человека. А какие игры — старомодные или современные цифровые — наиболее благотворно влияют на детей? Ученые психологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова решили поискать ответ на эт...
Пишут, что...
…помидоры и томатный сок могут избавлять от кишечных бактерий, таких как сальмонелла… …прогулка на природе улучшает процессы исполнительного контроля в мозге помимо преимуществ, связанных с физическими упражнениями… …женский половой гормон эстра...
Пингвины во сне
Все мы знаем, как важен сон. В этом смысле очень тяжело молодым мамам. Первый месяц-два, когда детеныша надо кормить каждые три часа, о ночном сне можно забыть. И это тяжело, женщины знают. А как животные с этим справляются? Например — птицы? Би...
Долгожители обязаны вирусам
Почему при прочих равных условиях одни доживают до ста лет, а другие — нет? Исследователи из Копенгагенского университета решили поискать ответ на этот вопрос в кишечнике долгожителей, а точнее — в том гигантском сообществе бактерий, которы...