Naujas dirbtinis neuroninis prietaisas atlieka neuroninių tinklų skaičiavimus, naudodamas 100–1000 kartų mažiau energijos

Dirbtinio neuroninio prietaiso SEM vaizdas. Paskola „Sangheon Oh“ / „Nature Nanotechnology“

Nervinių tinklų mokymas atlikti tokias užduotis kaip vaizdo atpažinimas ar navigacija savarankiškai važiuojančiuose automobiliuose vieną dieną gali pareikalauti mažesnės skaičiavimo galios dėl naujo dirbtinio neurono prietaiso, kurį sukūrė mokslininkai iš San Diego universiteto (Kalifornija). Įrenginys gali atlikti neuroninio tinklo skaičiavimus naudodamas 100–1000 kartų mažiau energijos և nei esama CMOS aparatine įranga.

Tyrėjai praneša apie savo darbą naujausiame straipsnyje Gamtos nanotechnologijos,

Neuroniniai tinklai yra sujungtų dirbtinių neuronų sluoksnių serija, kai vieno sluoksnio išėjimas suteikia prieigą prie kito. Šis įėjimas generuojamas naudojant matematinį skaičiavimą, vadinamą netiesinės aktyvacijos funkcija. Tai yra svarbi neuroninio tinklo valdymo dalis. Tačiau norint naudoti šią funkciją reikia didelės skaičiavimo galios և jungties, nes tai reiškia duomenų perdavimą į du atskirus vienetus – atmintį և išorinį procesorių և.

Aparatinės įrangos neuroninio tinklo PCB

Speciali spausdintinė plokštė, sukonstruota su aktyvavimo (arba neuronų) įrenginių masyvu – sinapsinių prietaisų rinkiniu. Paskola „Sangheon Oh“ / „Nature Nanotechnology“

UC mokslininkai San Diege dabar sukūrė nanometro dydžio prietaisą, kuris galėtų efektyviai atlikti aktyvavimo funkciją.

„Neuroninių tinklų skaičiavimai aparatinėje sistemoje tampa vis neefektyvesni, nes neuroninių tinklų modeliai tampa vis sudėtingesni“, – sakė Duygu Kuzumas, UC inžinerijos mokyklos profesorius Jacobs mieste, San Diege. „Mes sukūrėme nanodalelių dirbtinį neuroninį įrenginį, kuris šiuos skaičiavimus aparatinėje sistemoje atlieka labai erdviškai, energiją taupančiu būdu“.

Naujasis doktoranto Kuzumo և Sangheono Oh vadovaujamas tyrimas buvo atliktas bendradarbiaujant su DOE „Energy Frontier“ tyrimų centru, kuriam vadovavo San Diego fizikos profesorius Ivanas Schuleris, daugiausia dėmesio skiriant aparatinės įrangos investicijoms į energiją taupančioms dirbtinėms neuronoms plėtoti. tinklus.

Įrenginys atlieka vieną iš dažniausiai naudojamų nervų tinklo treniruočių aktyvavimo funkcijų, vadinamą nukreiptu linijiniu vienetu. Šios funkcijos ypatumas yra tas, kad tam reikia įrangos, kuri galėtų atlaikyti laipsnišką atsparumo darbui kitimą. Tai yra būtent tai, ką UC tyrėjai San Diege sukūrė savo prietaise: jis gali palaipsniui pereiti nuo izoliatoriaus į siųstuvo būseną, tai daroma su trupučiu šilumos.

Įjungimo įrenginio masyvas

Aktyvacijos (arba neuronų) prietaisų masyvas. Paskola „Sangheon Oh“ / „Nature Nanotechnology“

Šis jungiklis vadinamas „Mott“ jungikliu. Jis atsiranda ploname vanadžio dioksido nanometrų sluoksnyje. Virš šio sluoksnio yra nanovielinis šildytuvas, pagamintas iš titano և aukso. Srovei tekant per nano laidą, vanadžio dioksido sluoksnis lėtai kaista, sukeldamas lėtą, kontroliuojamą perėjimą nuo izoliatoriaus prie laidininko.

„Ši įrenginio architektūra yra labai įdomi ir novatoriška“, – sakė Ohas, kuris yra pagrindinis tyrimo autorius. Paprastai artimosios srovės fazėje esančios medžiagos staiga praeina iš izoliatoriaus į laidininką, nes srovė teka tiesiai per medžiagą. “Šiuo atveju mes praleidžiame srovę per nanovarą ant medžiagos viršaus, kad ją pašildytume, sukeldami labai laipsnišką pasipriešinimo pokytį.”

Norėdami įdiegti įrenginį, mokslininkai pirmiausia sukūrė šių vadinamųjų aktyvavimo (arba neuroninių) prietaisų rinkinį kartu su sinapsinio įrenginio mase. Tada jie sujungė du masyvus ant specialios spausdintinės plokštės, sujungdami juos kartu, kad sukurtų neuroninio tinklo aparatinę versiją.

Tyrėjai naudojo tinklą vaizdui apdoroti. Šiuo atveju – San Diego Geysel bibliotekos nuotrauka. Jungiklis atliko vaizdo apdorojimo tipą, vadinamą kraštų aptikimu, kuris identifikuoja vaizdo objektų kontūrus ar kraštus. Ši patirtis parodė, kad integruota aparatinė sistema gali atlikti konvulsinius veiksmus, kurie yra būtini daugelio tipų giliesiems neuroniniams tinklams.

Tyrėjai teigia, kad technologiją būtų galima dar labiau išplėsti ir atlikti sudėtingesnes užduotis, pavyzdžiui, atpažinti veido daiktus savaime važiuojančiuose automobiliuose. „Tai gali atsitikti dėl pramonės susidomėjimo ir bendradarbiavimo“, – sakė Kuzumas.

„Dabar tai yra supratimo įrodymas“, – sakė Kuzumas. „Tai maža sistema, kurioje mes renkame tik vieną sinapsinį sluoksnį su vienu aktyvacijos sluoksniu. Sudėję daugelį jų, galite sukurti sudėtingesnę sistemą įvairioms programoms “.

Nuoroda. „Sangheon Oh, Yuhan Shi, Javier del Valle, Pavel Salev, Yichen Lu, Zhisheng Huang, Yoav Kalcheim, Ivan K. Schuller ir Duygu Kuzum,„ Energiją taupantis butelio aktyvavimo neuronas, skirtas aparatinei įrangai pristatyti neuroninius tinklus “. , Gamtos nanotechnologijos,
DOI: 10.1038 / s41565-021-00874-8:

Šį darbą parėmė Karinių jūrų pajėgų tyrimų biuras, „Samsung Electronics“, Nacionalinis mokslo fondas, Nacionaliniai sveikatos institutai, „Qualcomm“ stipendija, JAV Energetikos departamentas ir Mokslo biuras per „Energy Frontier“ tyrimų centrą.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pažymėtinos giliavandenės Veneros gėlių kempinių struktūros, kurios yra naudingos kuriant laivus, lėktuvus ir dangoraižius

Euplectella aspergillum stiklo kempinės struktūra structure už hidrodinaminio lauko ribų. Pramonė buvo perstatyta naudojant CINECA superkompiuterius. Kinetinė metodika և Pažangūs skaičiavimo kodai...

Didžiausia aplinkos šalinimo kaukė – ir kaip ją sumažinti

Naujas tyrimas nustatė naudojamo N95 išeikvojimą ir pasiūlė tinkamus būdus jį sumažinti. Nuo praėjusiais metais prasidėjusios „Covid-19“ epidemijos, užrištos akys tapo dar viena sveikatos apsaugos...

Neuromediatorių lygis smegenyse nuspėja matematinius sugebėjimus

Skenavimas buvo baigtas 1 ir 2 metu (maždaug po 1,5 metų) kiekvienoje iš penkių amžiaus grupių (6-erių, 10-mečių, 14-mečių, 16-mečių ir 18 metų) -metukai)....

Genetikai atskleidžia mutacijas, sukeliančias sunkų vaikystės vėžį – vartokite vaistus, kad pašalintumėte jų šalutinį poveikį

Trejybės koledžo genetikai atrado specifinio geno, vadinamo H3K27M, mutaciją, sukeliančią neišgydomą vaikystės vėžį, vadinamą diffi midi glioma (DMG). Augimas taikant tikslinius vaistus. Jų istoriniai...

Neigiamų jonų sulaikymas tarpžvaigždinėje erdvėje

Kaip tarpžvaigždinėje aplinkoje kuriamos neigiamai įkrautos molekulės? Tarpžvaigždiniai debesys yra naujų žvaigždžių gimtinė. Tačiau jie taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant gyvenimą visatoje per...

Newsletter

Subscribe to stay updated.