Учёные из Университета Южной Калифорнии разработали инновационные искусственные нейроны, которые воспроизводят электрохимические процессы мозга, используя ионы вместо электронов. Эти нейроны занимают всего один транзистор и обладают полной функциональностью, что позволяет создавать более компактные и энергоэффективные системы искусственного интеллекта.
В отличие от традиционных нейроморфных чипов, которые имитируют мозговую активность цифровым способом, новые нейроны функционируют на основе реальных химических и электрических процессов. Это позволяет им работать по принципам, идентичным тем, что характерны для естественных нейронных сетей.
Исследователи разработали искусственные нейроны на базе диффузного мемристора. В отличие от привычных кремниевых чипов, где информация передаётся электронами, здесь вычисления осуществляются благодаря движению атомов, аналогично процессам в человеческом мозге. В живых нейронах электрический сигнал преобразуется в химический при передаче через синапс и обратно в электрический.
Для воспроизведения этого механизма учёные использовали ионы серебра в оксиде. Хотя в искусственных нейронах используются другие ионы, их поведение и взаимодействие аналогичны биологическим процессам. Благодаря этому каждый нейрон занимает пространство лишь одного транзистора, что значительно уменьшает размер и энергопотребление системы.
Основной вызов современных вычислительных систем заключается не в недостатке мощности, а в высоком энергопотреблении. Человеческий мозг использует всего около 20 Вт для обучения, тогда как современные ИИ требуют значительных ресурсов. Поэтому проектирование систем, работающих по принципам мозга, может повысить их производительность.
Использование ионов вместо электронов может стать ключом к революции в нейроморфных вычислениях. Ионы предоставляют «физическую основу» для аппаратного обучения и адаптации, недоступную для цифровых чипов. Однако серебро, применяемое в текущих прототипах, не подходит для стандартного производства. Исследователи планируют изучить другие ионные материалы для решения этой проблемы.
Следующий шаг – объединение искусственных нейронов в более крупные сети для проверки их способности к обучению и распознаванию образов. Это не только улучшит искусственный интеллект, но и позволит глубже понять работу человеческого мозга.
Источник: Хайтек+