Bahan baharu MIT mencipta "Sinaps Buatan 2.0" untuk mensimulasikan latihan pembelajaran mendalam dan mempercepatkan 1 juta kali!

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, apabila saintis terus menolak sempadan pembelajaran mesin, masa, tenaga dan wang yang diperlukan untuk melatih model rangkaian saraf yang semakin kompleks telah berkembang dengan pesat. "Model itu boleh dibina, tetapi latihannya terlalu perlahan" telah menjadi sakit kepala yang menyusahkan lebih ramai penyelidik.

Baru-baru ini, bidang kecerdasan buatan baharu yang dipanggil "pembelajaran mendalam analog" menjanjikan pengkomputeran yang lebih pantas dengan kurang tenaga. Perintang boleh atur cara ialah bahagian penting pembelajaran mendalam analog, sama seperti transistor ialah elemen teras pemproses digital.

Dengan menyusun berulang kali perintang boleh atur cara dalam lapisan kompleks, penyelidik boleh mencipta rangkaian simulasi neuron tiruan dan sinaps yang melakukan pengiraan seperti rangkaian saraf digital. Rangkaian ini boleh dilatih untuk melaksanakan tugas kecerdasan buatan yang kompleks seperti pengecaman imej dan pemprosesan bahasa semula jadi.

Kelajuan pengkomputeran rangkaian saraf simulasi bergantung sebahagian besarnya pada kelajuan penghantaran "sinaps buatan". Inilah yang cuba diselesaikan oleh pasukan dari MIT. Mereka sebelum ini telah membangunkan sinaps simulasi tiruan, dan apa yang perlu mereka lakukan sekarang ialah membangunkan bahan baharu yang mengatasi versi lama asal.

Kali ini, mereka menggunakan bahan bukan organik praktikal dalam proses pembuatan untuk membolehkan perintang boleh atur cara yang disebutkan di atas beroperasi 1 juta kali lebih pantas daripada versi sebelumnya, dan juga mencapai kira-kira 1 juta kali lebih pantas daripada sinaps dalam otak manusia. Selain itu, bahan ini menjadikan perintang sangat cekap tenaga. Tidak seperti yang digunakan dalam versi peranti terdahulu, bahan baharu ini serasi dengan teknologi pembuatan silikon. Perubahan ini memungkinkan untuk membuat peranti pada skala nanometer dan mungkin membuka jalan untuk penyepaduan ke dalam perkakasan pengkomputeran komersial untuk aplikasi pembelajaran mendalam. Kertas penyelidikan ini telah diterbitkan dalam Sains.

Pautan kertas: https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.abp8064

Jesús A. del Alamo, pengarang sepadan kertas kerja dan Profesor Downer di Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains Komputer (EECS) di MIT, berkata: "Dengan kunci ini penemuan, "Digabungkan dengan teknologi nanofabrikasi berkuasa MIT.nano, kami telah dapat menyusun kepingan ini dan menunjukkan bahawa peranti ini sememangnya sangat pantas dan boleh beroperasi pada voltan yang munasabah Ion terkecil - proton - dimasukkan secara elektrokimia ke dalam penebat oksida untuk memodulasi kekonduksian elektroniknya Oleh kerana peranti yang kami gunakan sangat nipis, kami boleh mempercepatkan pergerakan ion ini dan menolak peranti ion ini melalui penggunaan medan elektrik yang kuat Ke arah operasi skala nanodetik, "jelas Bilge Yildiz daripada kertas kerja dan Breene M. Kerr Profesor di Jabatan Sains Nuklear dan Kejuruteraan dan Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan. Ju Li, pengarang kertas dan profesor Jabatan Sains Nuklear dan Kejuruteraan serta Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan di Battelle Energy Alliance, berkata:

"Potensi tindakan dalam biologi sel naik dan turun pada skala milisaat , kerana perbezaan voltan kira-kira 0.1 volt dihadkan oleh kestabilan air "Di sini kami menggunakan voltan sehingga 10 volt pada filem kaca pepejal setebal nanometer yang boleh mengalirkan proton tanpa. kerosakan kekal itu. Selain itu, semakin kuat medan elektrik, semakin pantas peranti pengionan akan beroperasi. Pengarang bersama kertas kerja itu juga termasuk Frances M. Ross, Profesor Ellen Swallow Richards di Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan, Nicolas Emond dan Baoming Wang dan pelajar siswazah EECS, Difei Zhang;

Perintang boleh atur cara ini sangat meningkatkan kelajuan latihan rangkaian saraf sambil mengurangkan kos dan penggunaan tenaga latihan. Ini boleh membantu saintis membangunkan model pembelajaran mendalam dengan lebih cepat untuk aplikasi seperti kereta pandu sendiri, pengesanan penipuan atau analisis imej perubatan. "Sebaik sahaja anda mempunyai pemproses analog, anda tidak perlu lagi melatih rangkaian yang sedang diusahakan oleh orang lain. Anda boleh melatih rangkaian dengan kerumitan tinggi yang belum pernah berlaku sebelum ini yang tidak mampu dimiliki oleh orang lain. Dalam erti kata lain, ia bukan sahaja Bukan sekadar pantas kereta, tetapi kapal terbang." Kata Murat Onen, pengarang pertama kertas kerja dan felo pasca doktoral di MIT.

1 juta kali pembelajaran mendalam dipercepatkan

Terdapat dua sebab utama pembelajaran mendalam analog lebih pantas dan lebih cekap tenaga daripada rakan digitalnya.

Pertama sekali, pengiraan dilakukan dalam memori, jadi beban data yang besar tidak dipindahkan ke sana ke mari dari memori ke pemproses. Pemproses analog juga beroperasi secara selari. Jika matriks berkembang, pemproses analog tidak memerlukan lebih banyak masa untuk menyelesaikan operasi baharu kerana semua pengiraan dilakukan serentak. Elemen utama teknologi pemproses analog baharu MIT dipanggil perintang boleh diprogramkan proton. Perintang ini diukur dalam nanometer dan disusun dalam tatasusunan, seperti papan dam.

Nanosecond Proton Programmable Resistor

Untuk membangunkan ultra-pantas, cekap tenaga Untuk proton boleh program rintangan, para penyelidik melihat bahan elektrolit yang berbeza. Walaupun peranti lain menggunakan sebatian organik, Onen memfokuskan pada kaca fosfosilikat bukan organik (PSG). PSG pada asasnya adalah silika, bahan pengering serbuk yang digunakan untuk menghilangkan lembapan.

Di bawah keadaan lembap, para penyelidik mengkajinya sebagai konduktor proton untuk sel bahan api. Ia juga merupakan oksida yang paling terkenal dalam pemprosesan silikon. Untuk membuat PSG, sejumlah kecil fosforus ditambah kepada silikon, memberikan sifat istimewa pengaliran proton. Onen membuat hipotesis bahawa PSG yang dioptimumkan boleh mempunyai kekonduksian proton yang tinggi pada suhu bilik tanpa memerlukan air, yang akan menjadikannya elektrolit pepejal yang ideal.

Kelajuan yang menakjubkan

PSG mampu mencapai gerakan ultra-pantas proton kerana ia mengandungi sejumlah besar liang bersaiz nanometer, dan permukaan liang ini menyediakan laluan untuk resapan proton.

Ia juga boleh menahan medan elektrik berdenyut yang sangat kuat.

Onen menerangkan: "Ini penting kerana menggunakan lebih banyak voltan pada peranti boleh membuatkan proton bergerak dengan sangat pantas." agak memeranjatkan," kata Onen. "Biasanya, kami tidak akan menggunakan medan magnet sebegitu kuat pada peranti untuk mengelakkannya menjadi abu Tetapi sebaliknya, proton itu akhirnya melepasi timbunan peranti pada kelajuan yang luar biasa juta kali lebih cepat daripada apa yang kami lakukan sebelum ini, kerana saiz proton yang kecil dan jisim yang rendah, ia hampir seperti teleportasi 🎜>Oleh kerana proton tidak merosakkan bahan, perintang boleh beroperasi untuk berjuta-juta kitaran tanpa kegagalan.

Sifat modulasi ultrafast dan cekap tenaga bagi perintang boleh atur cara proton

Elektrolit baharu ini membolehkan perintang proton boleh atur cara sehingga 1 juta kali lebih pantas daripada peranti sebelumnya dan berfungsi dengan cekap pada suhu bilik, yang penting untuk dimasukkan ke dalam perkakasan pengkomputeran.

Disebabkan sifat penebat PSG, apabila proton bergerak, hampir tiada arus yang melalui bahan. "Ini menjadikan peranti ini sangat cekap tenaga," tambah Onen "Sekarang mereka telah menunjukkan keberkesanan perintang boleh diprogramkan ini, para penyelidik merancang untuk membangunkannya," kata del Alamo Mereka kemudiannya boleh mengkaji sifat-sifatnya tatasusunan perintang dan meningkatkannya untuk membenamkannya ke dalam sistem, tambah Yildiz Satu lagi arah menarik yang boleh didayakan oleh peranti Ionik ialah perkakasan cekap tenaga untuk mensimulasikan litar saraf dan peraturan keplastikan sinaptik yang diperoleh daripada neurosains, selain daripada mensimulasikan rangkaian saraf dalam telah memulakan kerjasama sedemikian dengan neurosains Disokong oleh MIT Quest for Intelligence "Kerjasama kami adalah penting untuk inovasi masa depan," kata del Alamo "Jalan di hadapan tetap penuh.

William Chueh, profesor bersekutu sains bahan dan kejuruteraan di Universiti Stanford, berkata: "Tindak balas interkalasi seperti yang terdapat dalam bateri litium-ion sudah digunakan dalam peranti memori. telah diterokai secara meluas. Kerja ini menunjukkan bahawa peranti memori berasaskan proton menawarkan kelajuan pensuisan yang mengagumkan dan mengejutkan dan ketahanan tidak mengambil bahagian dalam kajian ini.

Atas ialah kandungan terperinci Bahan baharu MIT mencipta "Sinaps Buatan 2.0" untuk mensimulasikan latihan pembelajaran mendalam dan mempercepatkan 1 juta kali!. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!