นักวิทยาศาสตร์ของ MIT ออกแบบไซแนปส์เทียมสำหรับชิปคอมพิวเตอร์ที่เหมือนสมอง

ยุคใหม่ของการประมวลผลใกล้เข้ามามากขึ้นเนื่องจากนักวิจัยได้สร้างการออกแบบและดำเนินการทดสอบภาคปฏิบัติครั้งแรกสำหรับซินแนปส์เทียมที่จะทำให้คอมพิวเตอร์จำลองฟังก์ชั่นที่ทรงพลังและซับซ้อนที่สุดของสมอง

ในขณะที่คอมพิวเตอร์อาจดูมีพลังมากกว่าสมองของเรา แต่เราสามารถรับมือกับสัญญาณที่เป็นไปได้ในวงกว้างมากกว่าไบนารีที่ "เปิด" และ "ปิด" ขอบคุณการซิงค์ที่จัดการการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท

การจำลองความสามารถในคอมพิวเตอร์นั้นต้องอาศัยการซิงก์เทียมซึ่งสามารถส่งสัญญาณที่แตกต่างกันเหล่านั้นได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังที่อธิบายไว้ในวารสารฉบับวันจันทร์ วัสดุธรรมชาติ นักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้ทำการทดสอบสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าการทดสอบไซแนปส์ประดิษฐ์จริงครั้งแรกที่ปลดปล่อยสิ่งที่รู้จักกันในชื่อการคำนวณ neuromorphic

ในขณะที่การทดสอบเกิดขึ้นในการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เท่านั้นการทดสอบมีแนวโน้ม นักวิจัยใช้การออกแบบไซแนปส์ประดิษฐ์เพื่อจำแนกตัวอย่างลายมือที่แตกต่างกัน การจำลองที่พวกเขาวิ่งนั้นจัดการเกือบจะตรงกับสิ่งที่อัลกอริทึมดั้งเดิมที่มีอยู่สามารถทำได้ในแง่ของความแม่นยำ - 95 ต่อ 97 เปอร์เซ็นต์ - ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นที่น่าประทับใจสำหรับเทคโนโลยีในนั้น

คอมพิวเตอร์ดิจิทัลแบบดั้งเดิมใช้สัญญาณไบนารี ค่าหนึ่งหมายถึง "เปิด" ในขณะที่ค่าศูนย์หมายถึง "ปิด" เนื่องจากคอมพิวเตอร์สามารถทำการคำนวณที่เฉพาะเจาะจงได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่เราทำได้เป็นเรื่องง่ายที่จะสมมติว่าวิธีไบนารีนี้ดีกว่าที่เกิดขึ้นในเรา สมอง.

แต่การตั้งค่าแบบอะนาล็อกของเซลล์ประสาท 100 พันล้านภายในสมองแต่ละอันของเรานั้นซับซ้อนกว่ามาก 100 ล้านล้าน ซิงค์ที่จัดการการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทเหล่านั้นไม่เพียงแค่ส่งหรือปิดสัญญาณ

ชนิดและจำนวนของไอออนที่ไหลผ่าน synapse ที่กำหนดจะกำหนดว่าสัญญาณที่ส่งไปยังเซลล์ประสาทนั้นแข็งแกร่งเพียงใดและสเปกตรัมของข้อความที่เป็นไปได้นั้นหมายความว่าสมองของเราสามารถปลดล็อกการคำนวณที่หลากหลายยิ่งขึ้น หากคอมพิวเตอร์สามารถเพิ่มความซับซ้อนแบบนั้นให้กับชุดเครื่องมือขนาดใหญ่ของพวกเขาได้คุณจะต้องดูเครื่องจักรที่ทรงพลังอย่างจริงจังและพวกเขาก็ไม่จำเป็นต้องเป็นยักษ์เช่นกัน

นี่คือปัญหา: ธรรมชาติมีเวลาสองสามพันล้านปีในการผสานประสาทในสมองของเราและเผ่าพันธุ์อื่น ๆ นักวิจัยพยายามสร้างสังเคราะห์ที่เทียบเท่าในช่วงสองสามปีที่ผ่านมาและมีบางส่วนที่สำคัญสะดุด สิ่งที่ใหญ่ที่สุดคือการซินแนปส์เทียมใด ๆ จะต้องส่งสัญญาณชนิดเดียวกันอย่างแม่นยำสำหรับแต่ละอินพุตที่ได้รับมิฉะนั้นความซับซ้อนจะลดระดับลงเป็นความสับสนวุ่นวาย

“ เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าเพื่อแสดงข้อมูลบางส่วนกับเซลล์ประสาทเทียมของคุณคุณต้องลบและสามารถเขียนได้อีกครั้งในลักษณะเดียวกัน” คิมกล่าว “ แต่ในของแข็งอสัณฐานเมื่อคุณเขียนอีกครั้งไอออนไปในทิศทางที่แตกต่างกันเพราะมีข้อบกพร่องมากมาย สตรีมนี้กำลังเปลี่ยนแปลงและควบคุมได้ยาก นั่นเป็นปัญหาที่ใหญ่ที่สุด - ความไม่เป็นเอกภาพของการสังเคราะห์ไซแนปส์”

นักวิจัยของ MIT นั้นมองโลกในแง่ดีในการออกแบบทำให้ความคืบหน้าสำคัญของปัญหานี้โดยใช้วัสดุที่แตกต่างกันคือซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ดำเนินการอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่มีข้อบกพร่อง ในการจำลองนักวิจัยออกแบบประสาทเทียมบนรากฐานนี้โดยใช้วัสดุซิลิคอนเจอร์เมเนียมของทรานซิสเตอร์พวกเขาสามารถสร้างกระแสที่แปรผันได้เพียงประมาณสี่เปอร์เซ็นต์ระหว่างประสาทที่แตกต่างกัน นั่นไม่สมบูรณ์แบบ แต่เป็นการปรับปรุงอย่างมากสำหรับสิ่งที่ได้รับมาก่อนหน้านี้

สำหรับตอนนี้งานนี้ยังคงอยู่ในทางทฤษฎีและมีความแตกต่างระหว่างการแสดงผลลัพธ์ที่มีแนวโน้มในแบบจำลองและการตระหนักว่าในการทดสอบจริง แต่คิมและทีมของเขานั้นมองโลกในแง่ดี

“ นี่เป็นการเปิดหินเพื่อผลิตฮาร์ดแวร์เทียมที่แท้จริง” เขากล่าว