Ученые разработали новую проводящую схему для нейроморфных чипов. Она позволит обрабатывать большее количество информации и не затормаживать возникшие в системе импульсы. Это многократно повысит эффективность нейроморфных компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.Нейроморфные вычислительные системы – это процессоры, работа которых основана на принципах действия человеческого мозга. Такие устройства моделируют работу нейронов и их отростков — аксонов и дендритов — отвечающих за передачу и восприятие данных. Связи между нейронами образуются за счет синапсов — специальных контактов, по которым транслируются электрические сигналы. Инженеры, занимающиеся разработкой нейроморфных чипов, основываются на устройстве человеческого мозга, потому что отмечают его высокие вычислительные способности. При этом мозг обладает крайне высокой энергоэффективностью, что является вторым важным фактором. Однако технические возможности выступают препятствием для эффективной работы нейроморфных компьютеров. В них используется обычная цифровая электроника, что ограничивает их сложность и скорость. По мере того, как чипы становятся больше и сложнее, сигналы между их отдельными компонентами начинают «вставать в пробку» и затем отступать в поисках обходных путей, что значительно замедляет процесс.Ученые из Национального института стандартов и технологий (США) отказались от традиционной структуры электронной связи и разработали сети с крошечными источниками света на каждом «нейроне», которые передают оптические сигналы тысячам соединений. Вычисление в схеме НИСТ происходит там, где однофотонный детектор встречается со сверхпроводящим элементом схемы, называемым эффектом Джозефсона. Этот эффект проявляется в «сэндвиче» из сверхпроводящих материалов, разделенных тонкой изолирующей пленкой. Если ток через «сэндвич» превышает определенное пороговое значение, джозефсоновский переход начинает генерировать небольшие импульсы напряжения, называемые флюксонами. При обнаружении фотона однофотонный детектор толкает джозефсоновский переход выше этого порога, и флюксоны накапливаются в виде тока в сверхпроводящей петле.Это поведение аналогично поведению биологических синапсов. Сохраненный ток служит формой кратковременной памяти. Продолжительность этой памяти определяется временем, необходимым для затухания электрического тока в сверхпроводящих петлях. А возможность устанавливать различные веса путем изменения смещения джозефсоновских соединений обеспечивает долговременную память, которую можно использовать для программирования сетей, чтобы одна и та же сеть могла решать множество различных задач.Следующая цель ученых – объединить эти данные в области сверхпроводящей электроники с полупроводниковыми источниками света. Это позволит обеспечить связь между гораздо большим количеством элементов. Требуется дальнейшая работа по интеграции всех компонентов на одном чипе.Автор: Полина ЯчменниковаПодписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
