cortana

На що здатен квадратний міліметр штучного інтелекту

Hello, World, друзі! Мозок людини часто порівнюють з комп’ютером. Машини давно обігнали вміст черепної коробки за швидкістю та об’ємами обчислення. Однак вчені продовжують надихатись тим, як влаштований природній “комп’ютер” під час створення машин нової генерації.

Розробників приваблює принцип передачі інформації між синапсами мозку. Синапс отримує сигнал від одного нейрона у вигляді іонів і надсилає сигнал далі за ланцюжком наступному нейрону.

У “штучному мозку” роль синапсів беруть на себе мемристори. Опір мемристора до електричного струму залежить від величини заряду, що протікає через цей елемент.

Тобто сигнал, який генерує мемристор, залежить від отриманого ним сигналу. Це означає, що один мемристор може мати кілька робочих значень та виконувати широкий діапазон операцій.

Подібно до мозкового синапсу, мемристор “запам’ятовує” значення, що пов’язане з даною силою струму. Наступного разу, коли через нього пройде такий же струм, мемристор видасть цей же сигнал.

Щоб відтворити подібну дію, потрібна ціла схема з транзисторів і конденсаторів. Мемристори – генії-одинаки: вони не потребують ані великого “офісу”, ані чисельної “команди однодумців”.

Для їхньої роботи знадобиться набагато менше мікросхем, ніж для інших елементів. Машини на базі штучних синапсів, на думку вчених, можуть конкурувати з деякими суперкомп’ютерами та вирішувати чисельні побутові задачі без підключення до Інтернету.

Звучить прогресивно та потужно. В чому ж підвох? Чому нові комп’ютери ще не з’явились на масовому ринку? Щоб дати відповідь, придивимось до мемристора уважніше.

Мемристор складається з додатного та від’ємного електродів, що розділені у просторі. Коли на один електрод подається напруга, іони цього електрода йдуть до другого електрода, створюючи іонний канал.

Це і є електричний сигнал, який мемристор передає далі по схемі. Розмір іонного каналу пропорційний силі стимулюючої напруги.

Існуючі конструкції мемристорів працюють добре з сильними сигналами, коли іонний канал широкий. Але надійність знижується, коли поступають слабкі сигнали, що йдуть по більш тонким каналам.

Чим тонший канал, тим складніше втримувати іони разом. Частина з них залишає групу та розпадається у оточуючому середовищі. Сигнал, що отриманий приймаючим електродом, може суттєво різнитись від початкового.

Вчені Массачусетського технологічного інституту придумали спосіб, як обійти це обмеження. У статті, що опублікована в журналі Nature Nanotechnology, показано, що зробити передачу сигналів більш надійною може техніка, запозичена в металургії.

Коли металурги експериментують з новими сплавами, то додають атоми інших елементів до кристалічних решіток металів. Роблять вони це для того, щоб покращити характеристики сплаву та зробити його легшим та дешевшим.

В MIT вирішили, що подібні “домішки” допоможуть в роботі мемристорів. Залишилось знайти речовину, атоми якої будуть керувати рухом іонів між електродами.

У якості матеріалу для додатнього електрода мемристора зазвичай використовують срібло. Елемент, який “дружить” зі сріблом та ефективно утримує його іони разом – це мідь.

На додатній срібний електрод нанесли невелику кількість міді, яку покрили шаром срібла.

Мідний “міст” дозволив іонам швидко потрапити на інший електрод, а вченим – створити мікросхему площею один квадратний міліметр з десятками тисяч мемристорів.

Першим випробуванням чіпа стало відтворення зображення щита Капітана Америки. Кожен піксель присвоїли відповідному мемристору у чіпі. Після цього провідність кожного мемристора змінили відповідно з інтенсивністю кольору пікселя.

Мікросхемі відтворювала чітке зображення щита, “запам’ятовувала” його та могла відтворювати багато разів, на відміну від мікросхем з інших матеріалів.

Розробники будуть надалі розвивати спосіб передачі сигналів з використанням мемристорів. Команда сподівається, що одного разу задачі, що не поступаються за складністю попіксельній обробці зображень, можна буде вирішувати без звернення до потужностей суперкомп’ютерів.

Залишити відповідь