Чіпи штучного інтелекту можуть відчути час

Відлік часу в мозку здійснюється за допомогою нейронів, які розслабляються з різною швидкістю після отримання сигналу; тепер мемристори — апаратні аналоги нейронів — теж можуть це робити.

Штучні нейронні мережі незабаром зможуть ефективніше обробляти залежну від часу інформацію, таку як аудіо- та відеодані. Перший мемристор із «часом релаксації», який можна налаштувати, зроблено у дослідженні під керівництвом Мічиганського університету (U-M).

Мемристори, електричні компоненти, які зберігають інформацію у своєму електричному опорі, можуть зменшити потреби ШІ в енергії приблизно в 90 разів порівняно з сучасними графічними процесорами.

«Зараз існує великий інтерес до ШІ, але для обробки більших і цікавіших даних потрібно збільшити розмір мережі. Це не дуже ефективно», — сказав Вей Лу (Wei Lu), професор інженерії в U-M та співавтор дослідження з Джоном Хероном (John Heron), доцентом матеріалознавства та інженерії U-M.

Проблема полягає в тому, що графічні процесори працюють зовсім інакше, ніж штучні нейронні мережі, які керують алгоритмами ШІ — уся мережа та всі її взаємодії повинні послідовно завантажуватися із зовнішньої пам’яті, що споживає час і енергію. Навпаки, мемристори забезпечують економію енергії, оскільки вони імітують ключові аспекти того, як штучні та біологічні нейронні мережі функціонують без зовнішньої пам’яті. Певною мірою мережа мемристорів може втілювати штучну нейронну мережу.

«Ми очікуємо, що наша абсолютно нова система матеріалів може підвищити енергоефективність чіпів ШІ в шість разів у порівнянні з найсучаснішим матеріалом без зміни постійних часу», — сказав Сьєун Чае (Sieun Chae), нещодавній доктор філософії U-M.

У біологічній нейронній мережі відлік часу досягається за допомогою релаксації. Кожен нейрон отримує електричні сигнали та посилає їх, але це не гарантія, що сигнал буде рухатися вперед. Повинен бути досягнутий певний поріг вхідних сигналів, перш ніж нейрон пошле свої власні, і він повинен бути досягнутий за певний проміжок часу. Якщо проходить занадто багато часу, нейрон, як кажуть, розслабляється, оскільки електрична енергія просочується з нього. Наявність нейронів із різним часом релаксації в наших нейронних мережах допомагає нам зрозуміти послідовність подій.

Мемристори працюють трохи інакше. Змінюється не загальна наявність чи відсутність сигналу, а скоріше, скільки електричного сигналу проходить. Вплив сигналу зменшує опір мемристора, дозволяючи пройти більшій кількості наступного сигналу. У мемристорах релаксація означає, що опір знову зростає з часом.

Хоча в минулому група проф. Лу досліджувала вбудовування часу релаксації в мемристори, цим не можна було систематично керувати. Але тепер команда Лу та Херона показала, що варіації основного матеріалу можуть забезпечувати різний час релаксації, дозволяючи мережам мемристорів імітувати цей механізм відліку часу.

Команда створила матеріали на основі надпровідника YBCO, виготовленого з ітрію, барію, вуглецю та кисню. Він не має електричного опору при температурах нижче -292 за Фаренгейтом, але вони взяли його через його кристалічну структуру.

Херон називає цей тип оксиду, стабілізованого ентропією оксиду, «кухонною раковиною атомного світу» — чим більше елементів вони додають, тим стабільнішим він стає. Змінюючи співвідношення цих оксидів, команда досягла постійних часу в діапазоні від 159 до 278 наносекунд, або трильйонних часток секунди. Проста мережа мемристорів, яку вони побудували, навчилася розпізнавати звуки чисел від нуля до дев’яти. Після навчання пристрій міг ідентифікувати кожне число до завершення аудіовведення.

Ці мемристори були виготовлені за допомогою енергоємного процесу, оскільки команді потрібні були ідеальні кристали для точного вимірювання їхніх властивостей, але вони очікують, що для масового виробництва підійде простіший процес.

«Поки що це бачення, але я думаю, що є шляхи, щоб зробити ці матеріали масштабованими та доступними, — сказав Херон. - Ці матеріали поширені в землі, нетоксичні, дешеві, і їх можна майже розпорошити».

Ентропійно-стабілізований оксид, затиснутий між надпровідником YBCO, і титановим і платиновим електродом. Багато кольорів представляють різні компоненти ентропійно-стабілізованого оксиду

Kingston повертається у «вищу лігу» серверних NVMe SSD