Vědci vyvíjejí součást neuromorfního počítače

Hraniční body mozku jsou modelovány magnetickými vlnami, které jsou speciálně generovány a distribuovány v mikroskopických malých vírových discích nelineárními procesy. Půjčka: HZDR / Sahneweiß / H Schultheich

Neuronové sítě jsou jedním z nejsilnějších nástrojů umělé inteligence (AI). Napodobují fungování lidského mozku – dokáží spolehlivě rozpoznat texty, obrázky v jazycích, z nichž některé je třeba označit. Dosud pracovali na tradičních procesorech ve formě adaptérů, ale odborníci pracují na alternativní myšlence – „neuromorfním počítači“. V tomto případě nejsou body rozpadu mozku, neurony, modelovány softwarem, ale jsou rekonstruovány na hardwarové komponenty. Skupina výzkumníků Centrum Helmholtz Dresden-Rosendorf (HZDR) nyní ukázal nový přístup k takovému hardwaru. Cílené magnetické vlny jsou generovány a distribuovány ve vaflích o velikosti mikrometrů. Při pohledu do budoucnosti to může znamenat, že optimalizační úkoly ճանաչ rozpoznávání vzorů lze dokončit rychleji և energeticky účinnější. Vědci prezentovali svá zjištění v časopise Fyzické psaní dopisů,

Tým založil svůj výzkum na malém magnetickém železném niklovém kotouči, který měl průměr jen několik mikrometrů. Kolem tohoto disku je umístěn zlatý prsten. Když jím prochází střídavý proud v rozsahu gigahertzů, vyzařuje mikrovlny, které budí takzvané rotující vlny na disku. „Elektrony v železném niklu se otáčejí, tak nějak rotují na místě, ne jako rotující vrchol,“ vysvětluje Helmut Schultheich, vedoucí Magnons skupiny Emmy Noether z HZDR. „Používáme mikrovlnné palivové impulsy k mírnému naklonění elektronové špičky.“ Elektrony poté přenášejí toto narušení na své sousedy, což způsobí, že rotující vlna vystřelí skrz materiál. Informace lze tímto způsobem přenášet velmi efektivně, aniž by bylo nutné přenášet elektrony, což se děje v dnešních počítačových čipech.

V roce 2019 objevila skupina Schultheiß něco pozoruhodného. Za určitých podmínek lze rotující vlnu generovanou magnetickým vírem rozdělit na dvě vlny, z nichž každá má sníženou frekvenci. „Za to mohou takzvané nelineární efekty,“ vysvětluje partner Schultheich, Lucas Kurber. „Jsou aktivovány pouze tehdy, když ozářená mikrovlnná trouba překročí určitou hranici.“ Takové chování naznačuje, že rotující vlny jsou slibnými kandidáty na umělé neurony, protože existuje překvapivá paralela s prací mozku. Tyto neurony se aktivují při překročení určité prahové hodnoty stimulu.

Mikrovlnná trouba

Zpočátku však vědci nebyli schopni přesně řídit rotaci rotující vlny. Kurber vysvětluje proč. „Když jsme vyslali mikrovlnnou troubu na disk, došlo k časovému zpoždění, kdy se rotující vlna rozpadla na dvě nové vlny. A bylo těžké to ovládat. “ Tým tedy musel přemýšlet o problému, který nyní popisují v dopisech Fyzického přehledu. Kromě zlatého prstenu je v blízkosti magnetické vafle také malý magnetický pás. Krátký mikrovlnný signál generuje v této vrstvě rotující vlnu, která může interagovat s rotující vlnou vafle, a tak působit jako druh návnady. Rotující vlna ve vrstvě způsobí, že se vlna ve vafle rozdělí rychleji. „K zrychlení rozdělení stačí jen velmi krátký přídavný signál,“ vysvětluje Kurber. „To znamená, že nyní můžeme zahájit proces řízení zpoždění.“

To znamená, že v zásadě se ukázalo, že vafle s rotujícími vlnami jsou vhodné pro neurony s umělým hardwarem. Procházejí jako nervové buňky v mozku a lze je přímo ovládat. „Další věcí, kterou chceme udělat, je vybudování malé sítě s našimi neurony s rotujícími vlnami,“ říká Helmut Schultheich. „Tato neuromorfní síť musí provádět jednoduché úkoly, například rozpoznávat jednoduché vzorce.“

Rozpoznávání obličeje – optimalizace pochodu

Rozpoznávání sněhových vzorů je jednou z hlavních aplikací AI. Například rozpoznávání obličeje na smartphonu se vyhne potřebě hesla. Aby to fungovalo, musí být neurální síť předem proškolena, což zahrnuje obrovský výpočetní výkon – obrovské množství dat. Výrobci smartphonů přenášejí tuto síť na speciální čip, který je poté integrován do mobilního telefonu. Čip má ale slabost. Není to zastřihovač, takže například nerozeznávám tváře, které nosí masku Covid.

Neuromorfní počítač na druhé straně dokázal takové situace řešit. Na rozdíl od běžných čipů nejsou jeho součástmi tvrdé dráty, ale působí jako nervové buňky v mozku. „Z tohoto důvodu mohl neuromorfní počítač zpracovat tolik dat jako člověk najednou, takže elektřina je efektivní,“ řekl Schultheich. Kromě rozpoznávání vzorků může být nový typ počítače užitečný také v jiných ekonomicky životaschopných oblastech pro optimalizační úkoly, jako jsou směrovače směrovačů pro vysoce přesné smartphony.

Odkazy:

„Lokální stimulace štěpení tří magnetů v magnetickém víru.“ L. Körber, K. Schultheiss, T. Hula, R. Verba, J. Fassbender, A. Kákay a H. Schultheiss, 12. listopadu; Fyzické psaní dopisů,
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.207203:

„Stimulace šeptajících magnetů galerie v magnetickém víru“ K. Schultheissa, R. Verby, F. Wehrmanna, K. Wagnera, L. Körbera, T. Hulu, T. Hacheho, A. Kákayho, AA Awada, V. Tiberkeviče, AN Slavina , J. Fassbender և H. Schultheiss, 5. března 2019, Fyzické psaní dopisů,
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.097202:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Agresivní tržní model vývoje energie z jaderné syntézy

Koncept ARC Fusion Pilot Plant byl vyvinut na MIT, aby demonstroval potenciál vysokoteplotních supravodivých magnetů pro nastavení hodnoty rychlosti fúzní energie և. Půjčka:...

Sekvence 64 úplných lidských genomů k zachycení lepší genetické rozmanitosti

Struktura genomu. Zápočet: NIH Sekvence 64 lidských genomů poslouží jako nový odkaz na genetické modifikace a predispozici k lidským chorobám Vědci z University of Maryland...

LSD může nabídnout udržitelnou léčbu úzkosti a jiných duševních poruch

McGill studoval krok v porozumění mechanismu vlivu psychedelik na mozek a potenciálu pro terapeutické použití. Vědci z McGill University poprvé objevili jeden z možných mechanismů,...

Nenechte si ujít příští úplněk – sníh, bouře a hladový měsíc

Uznání: NASA / Bill Dunford Příští úplněk je měsíc se sněhem, bouří a hladem; měsíc během svátků svátku Puim; festival čínských luceren; Magha Purnima a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.