Физики создали «электронные синапсы» для компьютерных нейросетей
Следи за успехами России в Телеграм @sdelanounas_ru
МОСКВА, 15 апреля. /ТАСС/. Группа ученых из МФТИ создала прототипы наноразмерных «электронных синапсов» на основе сверхтонких пленок оксида гафния (HfO2). Эти устройства могут быть использованы в принципиально новых вычислительных системах, работающих как биологические нейронные сети, сообщила в пятницу пресс-служба МФТИ.
Группа исследователей из МФТИ изготовила мемристоры — электронные компоненты, способные менять свою проводимость в зависимости от протекшего через них заряда, и, следовательно, имеющие память о своем прошлом состоянии. Для этого ученые использовали тонкие пленки оксида гафния размером 40×40 нм2.
«Созданные наноустройства проявляют свойства, аналогичные биологическим синапсам и могут были объединены в матрицы: в перспективе это позволит создавать компьютеры, работающие на принципах биологических нейронных сетей и имитирующие биологические синапсы», — говорится в пресс- релизе
Что такое биологический синапс?
Синапс — это место соединения нейронов, основная функция которого - передача сигнала (так называемого «спайка» — сигнала определенного вида) от одного нейрона к другому. Каждый нейрон может иметь тысячи синапсов, то есть связываться с огромным числом других нейронов. Это позволяет обрабатывать информацию не в последовательном (как делают современные компьютеры), а в параллельном режиме. Именно в этом, по мнению специалистов, кроется причина столь фантастической эффективности живых нейронных сетей.
Новый мемристор как искусственный аналог синапса
«Окончательного понимания физических принципов работы мемристоров, подобных нашим, пока нет. Однако, качественная модель состоит в следующем: в структуре металл — сверхтонкий оксид — металл в слое оксида под действием электрического поля образуются и перемещаются точечные дефекты — вакансии атомов кислорода. Именно эти дефекты и отвечают за обратимое изменение проводимости слоя оксида» — приводятся в пресс-релизе слова соавтора статьи Сергея Захарченко, научного сотрудника Лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ.
Авторам исследования удалось создать на базе этой технологии аналоговые мемристоры и смоделировать на их основе несколько механизмов работы реальных биологических синапсов — таких, как долговременное усиление или ослабление связи между нейронами.
Также авторам удалось продемонстрировать более сложный механизм — так называемую временную пластичность («spike-timing-dependent plasticity»), то есть зависимость величины связи между нейронами от относительного времени их «срабатывания». Ранее было показано, что именно этот механизм отвечает за ассоциативное обучение — способности мозга находить связи между разными событиями. При этом, для демонстрации последней функции в своих мемристорных устройствах авторы использовали электрические сигналы, подаваемые на электроды мемристоров, по форме воспроизводящие сигналы в живых нейронах и получили графики, очень похожие на те, которые получаются при исследовании живых синапсов.
На шаг ближе
«Мы создали минимальную матрицу наноразмерных мемристоров, воспроизводящих свойства биологических синапсов. Благодаря полученным результатам, мы стали еще на шаг ближе к тому, чтобы построить искусственную нейронную сеть. Пусть пока что простейшую, но «в железе» — сказал заведующий Лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Андрей Владимирович Зенкевич.
Статья опубликована в журнале Nanoscale Research Letters.
Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈
