23 января, 2018 
Андрей Сорокин 
Когда дело доходит до вычислительной мощности, работоспособность человеческого мозга просто поражает. Он состоит примерно из 100 миллиардов нейронов. В любой момент один нейрон может передавать сигналы тысячам других нейронов через синапсы (промежутки между нейронами, через которые и происходит передача). Всего существует более 100 триллионов синапсов, которые также участвуют в преобразовании сигналов, укрепляя некоторые связи или прерывая другие, что позволяет мозгу распознавать закономерности, запоминать факты и выполнять различные задачи обучения с молниеносной скоростью. Учёные давно рассматривают пути модернизации высоких технологий, которые позволят им работать подобно человеческому мозгу, столь же эффективно. Такие разработки открывают совершенно новый уровень с возможностью создания самообучающихся суперкомпьютеров для разных отраслей, что может привести к новому прогрессу всей цивилизации в целом.
Недавно исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) спроектировали микрочип из сплава кремний-германия (SiGe). В нём встроены искусственные синапсы, передающие сигналы, словно между нейронами головного мозга. Уникальность технологии в том, что подобные нейроморфные чипы смогут эффективно обрабатывать миллионы потоков параллельных вычислений, которые в настоящее время возможны только для мощных компьютерных систем.
Методом проб различных материалов команда исследователей выяснила, что наиболее подходящим для конструкции чипа является кремниево-германиевый сплав. Дело в том, что такой материал позволяет уйти от традиционной для информационных технологий 
двоичной логике (бинарной), то есть, когда все вычисления проводятся на уровне нулей и единиц, и использовать в работе многозадачную логику. Хотя эта идея не новая. Лет 15 назад и ещё раньше уже говорили о широких возможностях кремниево-германиевых сплавов в электронике. Однако в наше время эксперименты возобновились и учёным удалось создать нейроморфный чип с искусственными синапсами размером около 25 нанометров в поперечнике. Они проверили синапсы электрическим током и обнаружили, что все из них выдерживают напряжение (поток ионов) примерно одинаково. Отклонение составило лишь в пределах 4%, что является гораздо более равномерным по сравнению с другими материалами, а равномерность контроля электрического тока, проходящего через синапсы, здесь просто необходима, ведь от этого зависит правильная и устойчивая работа чипа. Кроме того, учёные протестировали один из синапсов с помощью многочисленных испытаний, применяя на нём одно и то же напряжение более 700 раз, и выяснили, что синапс выдерживает ток с отклонением от цикла к циклу всего на 1 процент. В заключении был проведён главный эксперимент: исследовательская группа проверила, как будет работать их устройство при выполнении реальной задачи — распознавания образцов почерка, которую учёные считают первым практическим испытанием для нейроморфных чипов. Они загрузили десятки тысяч рукописных образцов и обнаружили, что искусственная нейронная сеть чипа распознала их в 95% случаев по сравнению с 97-процентной точностью существующих алгоритмов программного обеспечения.
Учёные считают, что в будущем нейроморфные микрочипы, работающие по принципу человеческого мозга, смогут самообучаться и выполнять сложнейшие вычисления, обеспечивая переход компьютерных технологий на совершенно новый уровень.
Читайте также:
Какие процессы в мозге отвечают за интеллект?
Многомерная Вселенная в нейронных сетях головного мозга
Опубликовано в рубрике 