Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Что внутри нейроморфного чипа?

Ключевые слова:  IBM, нейроморфный чип, периодика

Автор(ы): Смирнов Евгений Алексеевич

Опубликовал(а):  Гольдт Илья

19 августа 2014



После недавнего анонса нейроморфного чипа от IBM, настало время познакомиться с тем, как работа реальных нейронов переносится в железо нейроморфных чипов. А поможет нам в этом статья, опубликованная в ACSNano, о трёхмерном электронном синапсе.


Одной из основных компонент нейроморфным вычислений, в общем, и нейроморфных чипов, в частности, является синапс или система передачи возбуждения от нейрона к нейрону, ибо сам нейрон зачастую представляет собой лишь металлическую ленту, проводник. Синапс в нервной ткани – место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой, которое служит для передачи нервного импульса.


Основные элементы нервной клетки

По механизму передачи такого импульса синапсы можно разделить на химические – то есть с помощью молекул нейромедиаторов – и электрические – то есть за счёт «пробоя» межклеточной жидкости электрическим импульсом. Электрические синапсы представляют собой пару клеточных мембран, находящихся на очень близком расстоянии (всего несколько нм) друг от друга за счёт особых белков, которые и выполняют функции по переносу возбуждения.

Обычно данные о конкретном устройстве или используемой модели нейроморфного чипа и типе соединений в нём нейронов в сеть является ноу-хау и предметом NDA (not-disclosure agreement), однако в чисто научных, не относящихся к индустрии публикациях можно подчерпнуть немало информации об их устройстве.

Итак, группа китайских и американских учёных из Пекинского университета, Станфорда и Аризонского университета опубликовали статью в журнале ACSNano, посвящённую разработке нового трёхмерного и потребляющего ультра малые количества электроэнергии электронного синапса, схема которого представлена на рисунке:


(a) Обычный 2D массив для электрической нейросети, где каждый синапс находится на пересечение проводящих линий пре-нейрона и пост-нейрона. (b) Электрическая схема концепта с синапсами на основе устройства с переключаемым сопротивлением (resistive switching device). (с) Максимально компактная схема расположения синапсов (high-density application). (d) Схема расположения синапсов для вычислений с максимальной точностью (high-accuracy computation). (e) TEM-изображение поперечного среза полученного электрического синапса.

Основой разработки стали материалы с переключаемым сопротивлением, например, HfOx или HfOx/AlOy, которые в зависимости от длительности и амплитуды приложенного напряжения могут изменять свои резистивных свойства в широких пределах – потенциально более 3 порядков от 103 до 106 Ом. Происходит такое переключение за счёт миграции и перестройки кислородных вакансий внутри оксидов.

И для того, чтобы проверить электронные синапсы в деле, был создан двухслойный нейроморфный чип, первый слой которого состоял из 32 x 32 нейронов, чувствительных к яркости пикселей, а второй – из 16 нейронов кортекса, соединённых обычными или трёхмерными электрическими синапсами. Результаты на лицо: трёхмерный электронный синапс даёт лучшее распознавание по сравнению с обычным за счёт меньшего отклонения сопротивления. При этом тренировка проходит при пониженном электропотреблении импульсами в 50 нс, при напряжении ниже 2.5В и токе ниже 0.3 мкA


(a) Обилие кислородных вакансий приводит к низкому сопротивлению и, наоборот, (b) их недостаток означает высокое сопротивление и низкий ток. (с) Отклонение сопротивления в зависимости от затраченной энергии. (d) Паттерн, используемый для тренировки системы. (e-f) Паттерны, полученные с помощью обычной нейросети и созданной на базе трёхмерных синапсов, соответственно. (g) Точность распознавания.

В сравнении с примитивной двумерной нейросетью синапсов, разработанное устройство выглядит неимоверно сложно, однако используемые материалы относительно дёшевы и повсеместно распространены в электронной промышленности, что, по уверениям авторов работы, делает возможным производство подобных нейроморфных чипов с крайне низкой себестоимостью.

Оригинальная статья в ACSNano (DOI: 10.1021/nn501824r)


В статье использованы материалы: ACSNano (DOI: 10.1021/nn501824r), habrahabr


Средний балл: 10.0 (голосов 3)

 


Комментарии
Пастух Евфграфович, 19 августа 2014 15:52 
Палии Наталия Алексеевна, 20 октября 2014 16:14 
замечательная статья - - перечитала после объявления лауревтов Нобелевской премии (по медицине)

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Одноэлектронная ловушка
Одноэлектронная ловушка

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.