» » Ученые разработали компонент для нейроморфного компьютера

Ученые разработали компонент для нейроморфного компьютера

Ученые разработали компонент для нейроморфного компьютера
Точки переключения мозга моделируются с помощью магнитных волн, которые специально генерируются и разделяются с помощью нелинейных процессов в микроскопически маленьких вихревых дисках. © HZDR

Нейронные сети являются одними из наиболее важных инструментов искусственного интеллекта (ИИ): они имитируют работу человеческого мозга и могут надежно распознавать тексты, язык и изображения, и это лишь некоторые возможности. Пока что они работают на традиционных процессорах в виде адаптивного программного обеспечения, но эксперты работают над альтернативной концепцией – «нейроморфным компьютером».

В этом случае точки переключения мозга – нейроны – не моделируются программно, а реконструируются аппаратными компонентами. Группа исследователей из Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) продемонстрировала новый подход к такому оборудованию – целевые магнитные волны, которые генерируются и делятся на пластины микрометрового размера. Заглядывая в будущее, это может означать, что задачи оптимизации и распознавания образов могут выполняться быстрее и с меньшим энергопотреблением. Исследователи представили свои результаты в журнале Physical Review Letters.

Ученые основали свои исследования на крошечном диске из магнитного материала железо-никель, диаметром всего несколько микрометров. Вокруг этого диска помещено золотое кольцо: когда через него протекает переменный ток в диапазоне гигагерца, он излучает микроволны, которые возбуждают так называемые спиновые волны в диске.

«Электроны в железо-никеле демонстрируют вращение, своего рода кружение на месте, скорее, как волчок», – объясняет Хельмут Шульхайс из HZDR. «Мы используем микроволновые импульсы, чтобы немного сбить верхнюю часть электронов». Затем электроны передают это возмущение своим соседям, что заставляет спиновую волну проходить сквозь материал. Таким образом можно очень эффективно передавать информацию без необходимости перемещать сами электроны, как это происходит в современных компьютерных микросхемах.

Еще в 2019 году исследователи обнаружили нечто замечательное: при определенных обстоятельствах спиновая волна, генерируемая в магнитном вихре, может быть разделена на две волны, каждая с пониженной частотой.

«За это ответственны так называемые нелинейные эффекты», – объясняют ученые. «Они активируются только тогда, когда излучаемая микроволновая мощность превышает определенный порог». Такое поведение предполагает, что спиновые волны являются многообещающими кандидатами на роль искусственных нейронов, потому что существует удивительная параллель с работой мозга: эти нейроны также срабатывают только при превышении определенного порога стимула.

Однако сначала ученым не удавалось очень точно контролировать деление спиновой волны. Таким образом, команде пришлось придумать способ решения проблемы, которую они теперь описали в Physical Review Letters: в дополнение к золотому кольцу, к магнитной пластине прикреплена небольшая магнитная полоса. Короткий микроволновый сигнал генерирует спиновую волну в этой полоске, которая может взаимодействовать со спиновой волной в пластине и, таким образом, действовать как своего рода приманка.

Спиновая волна в полоске заставляет волну в пластине делиться быстрее. «Достаточно очень короткого дополнительного сигнала, чтобы разделение произошло быстрее», – поясняют исследователи. «Это означает, что теперь мы можем запустить процесс и контролировать временную задержку».

«Следующее, что мы хотим сделать, это построить небольшую сеть с нашими нейронами спиновых волн», – говорят исследователи. «Эта нейроморфная сеть должна затем выполнять простые задачи, такие как распознавание простых шаблонов».

Распознавание лиц и распознавание образов – одно из основных приложений ИИ. Например, распознавание лиц на смартфоне избавляет от необходимости вводить пароль. Чтобы это работало, нейронную сеть необходимо обучить заранее, что требует огромных вычислительных мощностей и огромных объемов данных. Производители смартфонов переносят эту сеть на специальный чип, который затем интегрируется в сотовый телефон. Но у чипа есть слабое место. Он не адаптивен, поэтому, например, не может распознавать лица в маске.

С другой стороны, нейроморфный компьютер также может справляться с подобными ситуациями: в отличие от обычных чипов, его компоненты не имеют жесткой проводки, а функционируют как нервные клетки в головном мозге. Благодаря этому нейроморфный компьютер может обрабатывать большие объемы данных одновременно, как человек, и при этом очень энергоэффективно. Помимо распознавания образов, компьютер нового типа может оказаться полезным и в другой экономически значимой области: для задач оптимизации, таких как высокоточные планировщики маршрутов на смартфонах.

L. Korber et al, Nonlocal Stimulation of Three-Magnon Splitting in a Magnetic Vortex, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.207203

14 декабрь 2020 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Создан метод отслеживания первых гравитационных волн Вселенной

Гравитационные волны почти ежедневно обнаруживаются LIGO и другими детекторами, но первичные гравитационные сигналы на несколько порядков слабее

Изучение слияния двойных черных дыр с соотношением масс 128: 1

Решение уравнений общей теории относительности для сталкивающихся черных дыр - очень непростое дело.

Физики смогли нейтрализовать магнитные поля на расстоянии

Команда ученых-физиков нашла способ обойти теорию 178-летней давности, что означает, что

Исследователи обнаружили неизвестный сигнал в мозге человека

Ни для кого из нас не секрет, что мозг — самый сложный и малоизученный орган человеческого тела. В ходе работы мозг использует систему соединенных клеток, называемых нейронами, которые обмениваются

Spaun — самая реалистичная модель человеческого мозга

Дана последовательность цифр: 1 2 3, 5 6 7, 3 4? Каким должен быть последний член этого ряда? Наши нейроны справляются с такой задачей шутя — конечно, 5 — а вот для компьютера она представляет собой

Технологии НЛО

Ученые создали первый в мире акустический притягивающей луч.
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Замечательная история о том, почему наследник британского престола носит титул принца Уэльского5 ситуаций, когда кнопочный телефон лучше смартфонаКакое самое плохое решение в истории было принято человеком?Сколько всего опасных динозавров жило на Земле за всю историю?В Австралии найдена самая тяжелая бабочка с огромными крыльямиОбезьяньему эмбриону добавили человеческогоКаким будет Колизей после реставрации?Полеты по городу на ховерборде стали реальностью