06 Oct Inxhinierët zhvillojnë pajisje gjysmëpërçuese sinaptike artificiale me performancë të lartë dhe me besueshmëri të lartë

Teknologjia e sistemit kompjuterik neuromorfik që imiton trurin e njeriut duhet të kapërcejë kufizimin e konsumit të tepërt të energjisë, i cili është karakteristik për metodën ekzistuese të llogaritjes von Neumann. Një pajisje sinapse artificiale analoge me performancë të lartë, e aftë për të shprehur forcën e lidhjes së sinapsit, kërkohet për të zbatuar një pajisje gjysmëpërçuese që përdor një metodë të transmetimit të informacionit të trurit. Kjo metodë përdor sinjale të transmetuara midis neuroneve kur një neuron gjeneron një sinjal spike.

Megjithatë, me pajisjet konvencionale të kujtesës me variabël të rezistencës që përdoren gjerësisht si sinapse artificiale, ndërsa filamenti rritet me rezistencë të ndryshme, fusha elektrike rritet, duke shkaktuar një fenomen reagimi, duke rezultuar në rritje të shpejtë të filamentit. Prandaj, është sfiduese të zbatohet plasticiteti duke ruajtur ndryshimin analog (gradual) të rezistencës në lidhje me llojin e filamentit.

Instituti Korean i Shkencës dhe Teknologjisë, i udhëhequr nga ekipi i Dr. YeonJoo Jeong në Qendrën për Inxhinierinë Neuromorfike, zgjidhi kufizimet e karakteristikave analoge sinaptike, plasticitetit dhe ruajtjes së informacionit, të cilat janë pengesa kronike në lidhje me memristorët, pajisjet gjysmëpërçuese neuromorfike. Ai njoftoi zhvillimin e një pajisjeje gjysmëpërçuese sinaptike artificiale të aftë për llogaritje neuromorfike shumë të besueshme.

Ekipi hulumtues KIST rregulloi mirë vetitë redoks të joneve të elektrodës aktive për të zgjidhur çështje të vogla të plasticitetit sinaptik që pengojnë performancën e pajisjeve ekzistuese gjysmëpërçuese neuromorfike. Për më tepër, metalet e tranzicionit u dopuan dhe u përdorën në pajisjen sinaptike, duke kontrolluar probabilitetin e reduktimit të joneve të elektrodës aktive. Inxhinierët zbuluan se probabiliteti i lartë i reduktimit të joneve është një variabël kritik në zhvillimin e pajisjeve sinaptike artificiale me performancë të lartë.

Prandaj, një metal tranzicion titani, që ka një probabilitet të lartë reduktimi të joneve, u fut nga ekipi hulumtues në një pajisje sinaptike artificiale ekzistuese. Kjo ruan karakteristikat analoge të sinapsit dhe plasticitetin e pajisjes në sinapsin e trurit biologjik, afërsisht pesë herë diferencën midis rezistencave të larta dhe të ulëta. Për më tepër, ata zhvilluan një gjysmëpërçues neuromorfik me performancë të lartë që është afërsisht 50 herë më efikas.

Për më tepër, për shkak të reagimit të lartë të formimit të aliazhit të shfaqur nga metali kalimtar i titanit të dopuar, ruajtja e informacionit u rrit deri në 63 herë në krahasim me pajisjen sinaptike artificiale ekzistuese. Për më tepër, funksionet e trurit, duke përfshirë fuqizimin afatgjatë dhe depresionin afatgjatë, mund të simulohen më saktë.

Ekipi zbatoi një model të të mësuarit të rrjetit nervor artificial duke përdorur pajisjen e zhvilluar artificiale sinaptike dhe u përpoq të mësonte njohjen e imazhit të inteligjencës artificiale. Shkalla e gabimit u reduktua me më shumë se 60% krahasuar me pajisjen sinaptike artificiale ekzistuese; gjithashtu, saktësia e njohjes së modelit të imazhit të shkrimit të dorës (MNIST) u rrit me më shumë se 69%. Ekipi hulumtues konfirmoi fizibilitetin e një sistemi kompjuterik neuromorfik me performancë të lartë përmes kësaj pajisjeje artificiale sinaptike të përmirësuar.

Dr. Jeong i KIST tha: “Ky studim përmirësoi në mënyrë drastike gamën sinaptike të lëvizjes dhe ruajtjen e informacionit, të cilat ishin barrierat më të mëdha teknike të imitimeve sinaptike ekzistuese. Në pajisjen e zhvilluar të sinapsit artificial, zona e funksionimit analog të pajisjes për të shprehur lidhjen e ndryshme të sinapsit pikat e forta janë maksimizuar, kështu që performanca e llogaritjes së inteligjencës artificiale të bazuar në simulimin e trurit do të përmirësohet.

“Në kërkimin vijues, ne do të prodhojmë një çip gjysmëpërçues neuromorfik bazuar në pajisjen e zhvilluar të sinapsit artificial për të realizuar një sistem të inteligjencës artificiale me performancë të lartë, duke rritur më tej konkurrencën në sistemin vendas dhe fushën e gjysmëpërçuesve të inteligjencës artificiale.”