연구원들은 인간 두뇌의 타의 추종을 불허하는 계산 성능에 근접하기 위해 수년 동안 인공 시냅스를 구축하려고 노력해 왔습니다. 새로운 접근 방식은 이제 생물학적 대응물보다 1,000배 작고 10,000배 빠른 것을 설계하는 데 성공했습니다.
가혹한 성공에도 불구하고 깊은 학습 지난 XNUMX년 동안 이 두뇌에서 영감을 받은 접근 방식은 AI 실제 두뇌와 거의 유사하지 않은 하드웨어에서 실행된다는 문제에 직면해 있습니다. 이것이 바로 무게가 XNUMX파운드에 불과한 인간의 두뇌가 전구와 같은 양의 전력을 사용하여 몇 초 만에 새로운 작업을 수행할 수 있는 반면, 가장 큰 신경망을 훈련하는 데 몇 주, 메가와트 시간의 전기 및 랙이 걸리는 이유의 큰 부분입니다. 전문 프로세서의.
이는 AI가 실행되는 기본 하드웨어를 재설계하려는 노력에 대한 관심을 불러일으키고 있습니다. 아이디어는 구성 요소가 자연 뉴런과 시냅스처럼 작동하는 컴퓨터 칩을 구축함으로써 인간 두뇌의 극한 공간과 에너지 효율성에 접근할 수 있다는 것입니다. 희망은 이러한 소위 "뉴로모픽" 프로세서가 오늘날의 프로세서보다 AI를 실행하는 데 훨씬 더 적합할 수 있다는 것입니다. 컴퓨터 칩.
이제 MIT의 연구원들은 이온 이동에 대한 뇌의 의존도를 모방한 특이한 인공 시냅스 디자인이 실제로 생물학적인 시냅스를 훨씬 능가할 수 있음을 보여주었습니다. 핵심 돌파구는 이온이 이동할 수 있는 속도를 극적으로 개선한 극한의 전기장을 견딜 수 있는 물질을 찾는 것이었습니다.
"속도는 확실히 놀랍습니다.”라고 연구를 주도한 Murat Onen은 다음과 같이 말했습니다. 보도 자료에서 말했다. “일반적으로 우리는 장치를 재로 만들지 않기 위해 장치에 이러한 극한 필드를 적용하지 않습니다. 그러나 그 대신 [수소 이온에 해당하는] 양성자는 장치 스택 전체에서 엄청난 속도로, 특히 이전에 비해 백만 배 더 빠른 속도로 이동하게 되었습니다.”
이 있지만 a 뉴로모픽 엔지니어링에 대한 다양한 접근 방식 중에서 가장 유망한 것 중 하나는 아날로그 컴퓨팅입니다. 이것은 내부 물리학을 이용하여 정보를 처리할 수 있는 구성 요소를 설계하려고 하며, 이는 기존 칩과 같은 복잡한 논리 연산을 수행하는 것보다 훨씬 더 효율적이고 직접적입니다.
지금까지 많은 연구는 "디자인"에 중점을 두었습니다.멤리스터" - 이전에 얼마나 많은 전하가 흘렀는지에 따라 전류의 흐름을 제어하는 전자 부품ed 장치를 통해. 이것은 생물학적 뉴런 간의 연결이 통신하는 빈도에 따라 강도가 증가하거나 감소하는 방식을 모방합니다. 즉, 이러한 장치는 원칙적으로 생물학적 신경망과 유사한 속성을 가진 네트워크를 만드는 데 사용할 수 있음을 의미합니다.
당연하게도 이러한 장치는 종종 메모리 기술을 사용하여 제작됩니다. 그러나 새로운 종이 과학, MIT 연구원들은 장기 정보 저장에 최적화된 구성 요소가 실제로 인공 신경망에서 연결 강도를 지속적으로 조정하는 데 필요한 정기적인 상태 전환을 수행하는 데 부적합하다고 주장합니다. 긴 머무름 시간을 보장하는 물리적 속성은 일반적으로 고속 스위칭을 허용하는 속성을 보완하지 않기 때문입니다.
이것이 연구원들이 PSG(phosphosilicate glass)로 만들어진 채널에 양성자를 삽입하거나 제거함으로써 전도성이 조절되는 부품을 대신 설계한 이유입니다. 어느 정도 이것은 두 뉴런 사이의 간격을 가로질러 신호를 전송하기 위해 이온을 사용하는 생물학적 시냅스의 동작을 모방합니다.
그러나, 그 유사점은이거 끝. 이 장치는 본질적으로 시냅스의 입력과 출력인 두 개의 단자를 갖추고 있습니다. 세 번째 단자는 전기장의 방향에 따라 저장소에서 PSG 채널로 또는 그 반대로 이동하도록 양성자를 자극하는 전기장을 적용하는 데 사용됩니다. 채널에 더 많은 양성자가 있으면 저항이 증가합니다.
연구원 온 이것으로 2020년 일반 디자인그러나 이전 장치는 칩 설계 프로세스와 호환되지 않는 재료를 사용했습니다. 그러나 더 중요한 것은 PSG로의 전환으로 인해 장치의 전환 속도가 크게 향상되었다는 것입니다. 그 구조의 나노 크기 기공은 양성자가 물질을 통해 매우 빠르게 이동할 수 있게 하고 또한 열화 없이 매우 강한 전기장 펄스를 견딜 수 있기 때문입니다.
더 강력한 전기장은 양성자에게 엄청난 속도 향상을 제공하고 생물학적 시냅스를 능가하는 장치의 능력에 핵심입니다. 뇌에서 전기장은 1.23볼트(V)를 초과하는 모든 것이 물을 생성하기 때문에 상대적으로 약하게 유지되어야 합니다.s 수소와 산소 기체로 분열하기 위해 대부분의 세포를 위로 올립니다. 이것이 주로 신경학적 과정이 밀리초 단위로 발생하는 이유입니다.
대조적으로, MIT 팀의 장치는 10나노초만큼 짧은 펄스에서 최대 5볼트에서 작동할 수 있습니다. 이를 통해 인공 시냅스는 생물학적 시냅스보다 10,000배 더 빠르게 작동할 수 있습니다.s. 게다가 이 장치는 지름이 나노미터에 불과하여 생물학적 시냅스보다 1,000배 더 작습니다.
전문가 구성 이야기 새로운 과학자 대부분의 뉴런 모델에서 발견되는 XNUMX개와 달리 장치의 XNUMX개 단자 설정으로 인해 특정 종류의 신경망을 실행하기 어려울 수 있습니다. 수소 가스를 사용하여 양성자를 도입해야 한다는 사실 또한 기술을 확장할 때 문제가 됩니다.
개별 인공 시냅스에서 심각한 정보 처리를 수행할 수 있는 대규모 네트워크로 이동하려면 갈 길이 멉니다. 그러나 예외적인 속도와 구성 요소의 작은 크기는 이것이 인간 두뇌의 능력과 일치하거나 심지어 초과할 수 있는 새로운 하드웨어를 찾는 데 있어 유망한 방향임을 시사합니다.
이미지 신용 : 엘라 마루 스튜디오/무랏 오넨
