Intel atklāj neiromorfisko mikroshēmu dizainu

Smadzenes ir visneparastākā no skaitļošanas mašīnām. Tas veic ikdienas uzdevumus, kas izjauktu planētas jaudīgāko superdatoru shēmas: staigā, runā, atpazīst, analizē un tā tālāk.

Un tur, kur superdatoriem ir nepieciešams pietiekami daudz sulas, lai darbinātu mazo pilsētu, cilvēka smadzenes dara visu savu darbu, izmantojot nedaudz vairāk par putras bļodā esošo enerģiju.

Tāpēc nav pārsteigums, ka datorzinātnieki vēlas izprast smadzenes un kopēt to spējas. Tomēr ir problēma. Smadzenes ir veidotas no neironiem, un tie darbojas diezgan atšķirīgi no silīcija tranzistoru ķēdēm, kas atrodas zem parasto mikroshēmu pārsega.

Protams, datorzinātnieki var simulēt neironu uzvedību un to, kā tie savienojas parastajos datoros. Bet tas ir ļoti izšķērdīgs process, kas nespēj izmantot paralēlo apstrādi un tīkla efektus, ko smadzenes nepārprotami izmanto un kas šajā procesā patērē spēku.

Tāpēc notiek sacensības, lai izstrādātu cita veida mikroshēmu, kas precīzāk atdarina smadzeņu darbību. Tā sauktās neiromorfās mikroshēmas ir jāveido no ierīcēm, kas uzvedas kā neironi, citiem vārdiem sakot, tās pārraida un reaģē uz informāciju, kas tiek nosūtīta smailēs, nevis nepārtraukti mainīgā spriegumā.

(Viens no iemesliem, kāpēc smadzenes ir tik energoefektīvas, ir tas, ka neironu smailes, ceļojot, uzlādē tikai nelielu daļu no neirona. Turpretim parastās mikroshēmas visu laiku uztur katru pārvades līniju ar noteiktu spriegumu.)

Šodien Čārlzs Augustīns Intel ķēdes izpētes laboratorijā Hillsboro, Oregonas štatā, un daži draugi atklāj savu neiromorfās mikroshēmas dizainu.

To dizains balstās uz divām tehnoloģijām: sānu griešanās vārstiem un memristoriem. Sānu griešanās vārsti ir mazi magnēti, kas savienoti ar metāla vadiem, kas var mainīt orientāciju atkarībā no caur tiem ejošo elektronu griešanās. Mēs šajā emuārā daudzkārt esam aplūkojuši memristorus. Šīs ir pamata elektroniskās ierīces, kas darbojas kā rezistori ar atmiņu.

Augustīns un kolēģi apgalvo, ka viņu izstrādātā arhitektūra darbojas līdzīgi neironiem, un tāpēc to var izmantot, lai pārbaudītu dažādus veidus, kā reproducēt smadzeņu apstrādes spējas.

Pēc viņu teiktā, glazūra uz kūkas ir tāda, ka griešanās vārsti darbojas ar spaiļu spriegumu, kas mērīts milivoltos, kas ir ievērojami mazāks nekā parastās mikroshēmas.

Viņi apgalvo, ka tas nozīmē dramatisku enerģijas ietaupījumu. Mēs parādām, ka uz spin balstītas neiromorfās konstrukcijas var sasniegt 15X-300X zemāku skaitļošanas enerģiju, viņi saka. (Tas patiesībā ir tas, ka viņi mums 'stāsta', ka šāda veida ietaupījums ir iespējams, jo viņu dokumentā ir maz demonstrācijas.)

Viņi arī saka, ka jaunais dizains ir ideāli piemērots apstrādes uzdevumiem, ko smadzenes veic diezgan labi: analogo datu uztveršana, kognitīvā skaitļošana, asociatīvā atmiņa un tā tālāk.

Intel jaunais mikroshēmu dizains noteikti ir uzlabojums salīdzinājumā ar esošajiem, taču tas joprojām ir daudzu kārtu attālumā no skaitļošanas efektivitātes, ko sasniedz īstie neironi.

Ir skaidrs, ka jaunākie sasniegumi memristor tehnoloģijā un spintronikā padara iespējamus pilnīgi jaunus veidus, kā veidot mikroshēmas. Tomēr ir tāls ceļš ejams, pirms sintētiskās sistēmas var sākt līdzināties dabisko sistēmu iespējām.

Atsauce: arxiv.org/abs/1206.3227 : priekšlikums neiromorfai aparatūrai, izmantojot griešanas ierīces

paslēpties