Появилась первая нейроморфная вычислительная система, использующая скирмионы в качестве носителей информации

Нейроморфная вычислительная система

Группа исследователей из японского Института физико-химических исследований RIKEN разработала и изготовила первый опытный образец нейроморфной, т.е. работающей на принципах, схожих с принципами работы головного мозга, вычислительной системы, которая способна распознавать рукописный текст. В этом бы не было ничего особенного, если бы эта система не использовала в качестве носителей информации квазичастицы, называемые скирмионами, представляющие собой крошечные локальные завихрения магнитных полей в материале.

Головной мозг содержит сложнейшие сети из нейронов, соединенных синапсами, через которые производится передача электрохимических сигналов. На схожих принципах функционируют и искусственные нейронные сети, уже способные решать такие сложные задачи, как распознавание объектов на изображениях, распознавание естественного языка и т.п.

Но когда искусственные нейронные сети реализуются на традиционных кремниевых чипах, они оказываются чрезвычайно прожорливыми по отношению к энергии. Поэтому исследователи в различных уголках земного шара разрабатывают альтернативные аппаратные платформы, лучшим образом подходящие для реализации нейроморфных вычислений.

В устройстве, созданном исследователями из RIKEN, реализован тип искусственной нейронной сети, известный, как резервуарная вычислительная модель (reservoir computing model). Особенностью этой модели является наличие кратковременной памяти, а результаты ее работы зависят в одинаковой степени от проведенного ранее обучения и текущих значений входных данных.

Скирмионы идеально подходят для реализации такой вычислительной модели, благодаря имеющемуся у них эффекту памяти. Этот эффект заключается в том, что структура и поведение отдельных скирмионов отражает все предыдущие воздействия магнитных полей на них. Более того, для «работы» скирмионов не требуется больших количеств энергии. «Управление скирмионами можно реализовать, используя ток крайне малых значений» — пишут исследователи.

Разработанное японцами устройство содержит серию прямоугольных элементов, покрытых пленкой из сплава платины, иридия и кобальта, в толщине которого могут формироваться скирмионы, шириной в несколько микрометров.

Для ввода данных в устройство исследователи кодировали информации в нескольких параметрах магнитного поля, которое оказывает воздействие на скирмионы. А выходным сигналом в данном случае является электрический потенциал, возникающий в результате взаимодействий скирмионов, который зависит от их размеров и количества.

Тренировка устройства была проведена на 13 тысячах изображений рукописных символов, цифр от 0 до 9. Эти изображения были использованы для «кодирования» магнитного поля, а само устройство регулировалось в процессе тренировки так, чтобы оно давало правильный результат. Затем ученые взяли еще 5 тысяч изображений, которые не были использованы в процессе тренировки, и система сумела их распознать с 95-процентной точностью, существенно выигрывая у других нейроморфных устройств.

В будущем ученые собираются разработать еще одно подобное устройство, в котором для ввода данных будет уже использоваться не магнитное поле, а электрический ток. Это, по мнению ученых, должно увеличить производительность и еще больше снизить энергопотребление устройства в целом. «Если мы добьемся в этом успеха, мы сможем реализовать решение более сложных задач, таких, как распознавание естественной речи и отслеживание движений» — пишут исследователи.

Ключевые слова:
Нейроморфная, Вычислительная, Система, Нейронная, Сеть, Скирмионы, Информация, Память, Магнитное, Поле

Первоисточник

Другие новости по теме:

  • Оптические нейронные сети — основа сверхбыстрых и сверхмощных систем искусственного интеллекта
  • Ученые научились контролировать движение единичных скирмионов при комнатной температуре
  • Новый оптический нейроморфный чип способен обработать почти 2 миллиарда изображений в секунду
  • Новые искусственные синапсы станут основой более «мозговитых» компьютерных процессоров
  • В 2019 году компания IBM планирует создать полную симуляцию головного мозга человека.
  • Share Button

    Материалы по теме:

    Материалы и технологии литий-ионных батарей стали основой нового типа нейроморфного вычислительного устройства
    Группа исследователей из корейского Института материаловедения (Korea Institute of Materials Science, KIMS) создала первое нейроморфное вычислительное устройство совершенного нового типа. Разработанная технология позволяет получить ...
    Новые наноантенны могут обеспечить практическую реализацию безопасных кантовых коммуникаций на дальние расстояния
    Напомним нашим читателям, что информация в классических компьютерах кодируется последовательностью 1 и 0, что реализуется при помощи достаточно простых электронных методов. Также такая кодировка ...
    Intel 4004, первый в мире микропроцессор, отметил свое 50-летие
    В этом месяце отмечается 50-я годовщина с момента появления Intel 4004, первого в мире коммерческого микропроцессора, упакованного в виде однокристальной схемы. Этот микропроцессор изначально ...
    Новые кремниевые волноводы компании IBM — большой шаг к созданию оптических компьютеров
    В течение последнего десятилетия в мире сложилась весьма печальная ситуация с соблюдением известного всем закона Гордона Мура. Согласно информации, предоставленной специалистами компании IBM, тактовая ...
    Ученые продемонстрировали масштабируемую архитектуру спинтронного вероятностного компьютера
    Исследователи из университета Тохоку, университета Мессины и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали и продемонстрировали работоспособность спинтронного вероятностного компьютера (p-компьютера), построенного на базе новой масштабируемой ...
    You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

    Leave a Reply

    Яндекс.Метрика