Розроблено світлочутливу пам'ять для енергоефективного AI

Дослідники з Університету штату Орегон (OSU) розробили новий тип світлочутливих електронних пристроїв, який поєднує в собі функції сенсора та цифрової пам'яті, а також дозволяє гнучко керувати процесами «запам'ятовування» та «забування» інформації.

Керівник проєкту Ларрі Ченг (Larry Cheng) з Інженерного коледжу OSU зазначає, що створення технологій, які функціонують подібно до людського мозку, дозволить системам штучного інтелекту працювати значно швидше, споживаючи при цьому в рази менше електроенергії.

Сучасне апаратне забезпечення для AI зазвичай розділяє функції зчитування даних, їх збереження та обробки між різними фізичними компонентами (процесором, оперативною пам'яттю та накопичувачем). Постійне переміщення гігабайт інформації між цими вузлами різко підвищує енерговитрати системи та знижує її загальну ефективність.

Новий пристрій від учених з Орегону інтегрує світлочутливість, пам'ять та первинну обробку сигналу всередині одного єдиного фототранзистора.

«Наш оптоелектронний пристрій відкриває нові апаратні можливості, які дозволять ефективно обробляти інформацію безпосередньо на рівні сенсора, - пояснює Ларрі Ченг, професор електротехніки та комп'ютерних наук. - На відміну від традиційної комп'ютерної пам'яті, яка створена виключно для жорсткого збереження бітів, наш чип може за допомогою електричних сигналів контролювати, як саме спогади посилюються або згасають з часом».

У новому пристрої світло створює накопичені електричні заряди, які й виступають у ролі носіїв пам'яті. Це дуже схоже на те, як хімічні сигнали в біологічному мозку регулюють міцність нейронних зв'язків та процеси забування. Подаючи невеликий електричний сигнал на затвор транзистора, вчені навчилися коригувати вплив цих накопичених зарядів, змушуючи пам'ять зберігатися довше або зникати швидше. Це відкриття є важливим кроком на шляху до створення повноцінних нейроморфних обчислювальних систем.

За словами розробників, така світлочутлива пам'ять із програмованим часом життя створює регульоване «часове вікно» для обробки візуальних чи інших сенсорних сигналів прямо в місці їх виявлення. Технологія здатна кардинально підвищити ефективність роботи систем комп'ютерного зору та інших AI-датчиків.

Елемент побудований на базі поєднання двох абсолютно різних матеріалів: оксидний напівпровідник виступає в ролі каналу транзистора, який безпосередньо проводить електричний струм; органічний світлочутливий матеріал, нанесений зверху, поглинає світло і генерує електричні заряди.

Коли на пристрій потрапляє світло, частина згенерованих зарядів «застрягає» всередині фоточутливого шару. Ці заблоковані заряди продовжують впливати на струм, що протікає крізь оксидний напівпровідник, навіть після того, як джерело світла вимикається. Завдяки цьому транзистор «пам'ятає» оптичний сигнал, який отримав у минулому.

Унікальність розробки полягає в тому, що ці збережені заряди не є статичними. Змінюючи напругу на електричному затворі, інженери можуть фізично зміщувати положення заблокованих зарядів відносно каналу транзистора. Переміщення зарядів ближче до мікроскопічного шляху проходження електронів посилює їхній вплив і подовжує ефект пам'яті. Зміщення їх далі - послаблює цей вплив, прискорюючи втрату заряду, через що цифрова пам'ять згасає значно швидше.