Zdroj: Wikipedia, Anatomy of the Nervous System, licence obrázku public domain
Zdroj: Wikipedia, Anatomy of the Nervous System, licence obrázku public domain

Materiály s fázovou změnou základem umělých neuronů

Vědci ze společnosti IBM vytvořili umělé neurony s nepravidelnými akčními potenciály (spiky), které ukládají a zpracovávají data za pomoci materiálů s fázovou změnou (phase-change materials). To představuje zásadní krok ve vývoji energeticky efektivních integrovaných neuromorfních technologií s ultravysokou hustotou určených pro aplikace kognitivních výpočetních systémů.

Vědci inspirovaní biologickým fungováním mozku hovořili teoreticky o možnosti napodobení rozmanitých výpočetních vlastností neuronů celá desetiletí. Problémem ale až dodnes byla hustota a využití energie, které nebyly s biologickým předobrazem srovnatelné.

„Využití materiálů s fázovou změnou pro paměťové aplikace zkoumáme už déle než deset let. Výrazný pokrok jsme zaznamenali v posledních dvou letech,“ řekl Evangelos Eleftheriou, výzkumník společnosti IBM. „Během této doby jsme objevili a zveřejnili nové paměťové techniky včetně kolokované paměti a prvního uložení 3 bitů na buňku v paměti fázové změny. Nyní představujeme slibné vlastnosti umělých neuronů postavených na fázové změně, které dovedou vykonávat několik jednoduchých výpočetních úkolů, jako například odhalování korelace dat a učení bez dohledu, s vysokou rychlostí a nízkým využitím energie.“

Výsledky výzkumu se objevily na titulní stránce odborného časopisu Nature Nanotechnology.
Umělé neurony vytvořené experty IBM v Curychu se skládají z materiálů s fázovou změnou včetně telluridu germania a antimonu, který se vyskytuje ve dvou stabilních formách: amorfní (bez jasně dané struktury) a krystalické (s jasnou strukturou). Tyto materiály jsou i základem přepisovatelných Blu-ray disků. Umělé neurony ale nejsou schopné uchovávat digitální informace. Stejně jako synapse a neurony v biologickém mozku jsou totiž analogové.

Tým v publikované ukázce vystavil umělé neurony sérii elektrických impulsů, což vedlo k postupné krystalizaci fázově proměnlivého materiálu, až se nakonec neuron aktivoval. V neurovědě je u biologických neuronů tato vlastnost známá jako „integrateand-fire“. Jde o základ výpočetního procesu založeného na události a v zásadě se dá připodobnit k reakci v lidském mozku, když se dotkneme něčeho horkého.

Díky této vlastnosti lze použít jediný neuron k tomu, aby v reálném čase odhalil vzorce a objevil korelace v řetězcích na událostech založených dat. Například v rámci internetu věcí (IoT) mohou senzory shromažďovat a analyzovat velké objemy dat o počasí za účelem rychlejších předpovědí. Umělé neurony se mohou využít k odhalování vzorců ve finančních transakcích k objevení nesrovnalostí nebo nových kulturních trendů v reálném čase z dat ze sociálních sítí. Populace těchto vysokorychlostních nízkoenergetických nanoškálových neuronů lze také využít v neuromorfních ko-procesorech s kolokovanou pamětí a procesními jednotkami.

Vědci ze společnosti IBM uspořádali stovky umělých neuronů do populací a využili je k vytvoření rychlých a komplexních signálů. Umělé neurony mohou navíc vydržet miliardy spínacích cyklů, což při frekvenci aktualizace 100 Hz odpovídá řadě let fungování. Energie potřebná k aktualizaci každého neuronu byla nižší než pět pikojoulů a průměrný výkon byl 120 mikrowattů. Pro srovnání – k rozsvícení 60wattové žárovky je třeba 60 milionů mikrowattů.

„Populace stochastických fázově proměnlivých neuronů v kombinaci s dalšími nanoškálovými výpočetními prvky, jako jsou umělé synapse, by mohly být klíčovým základem k vytvoření nové generace extrémně hustých neuromorfních systémů,“ řekl Tomas Tuma, spoluautor odborného článku.

tisková zpráva společnosti IBM

Dítě žilo několik měsíců s mechanickým srdcem umístěným mimo tělo

Přístroj vypadá jako pumpa, která je umístěna mimo hrudník pacienta. Krev je z těla do …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close