Представлен аналоговый нейронный процессор, наиболее точно имитирующий работу мозга человека

Компания Rain Neuromorphics завершила создание цифрового проекта процессора, наиболее точно имитирующего работу мозга человека. Чип содержит 10 тыс. цифровых нейронов и будет выпущен с использованием 180-нм техпроцесса. Масштабирование и снижение технологических норм поможет создать решение для задач искусственного интеллекта с предельно низким потреблением и мощными когнитивными функциями.

На увеличееном снимке показаны цифровые нейроны, разным цветом помечены входы и выходы. Источник изображения: Rain Neuromorphics

Как известно, мозг человека представляет собой нейросеть из примерно 90 млрд нейронов. Вход каждого нейрона - это множество "волосков", называемых дендритами. По ним распространяется потенциал (импульс напряжения), который заставляет нейрон реагировать тем или иным образом. Для реакции нейрона необходима усредненная сумма потенциалов всех сигналов со множества дендритов, что делает мозг "аналоговым компьютером".

Реакция нейрона также представлена потенциалом действия, но он распространяется по другим нервным "волоскам" - аксонам. Как правило, у нейронов по одному аксону (выходу), который заканчивается синапсом - местом взаимодействия с дендритами других нейронов, если говорить о головном мозге. Синапс - это бесконтактный переход от аксона к дендриту, взаимодействие между которыми представляет собой уже химическую реакцию, а не электрический сигнал. Но дальше по дендриту снова побежит электрический импульс.

Пример строения нервной ткани головного мозга

В чипе химию мозга повторить либо сложно, либо невозможно. Поэтому имитация всегда будет условной и чип Rain Neuromorphics в этом плане не стал исключением. Но зато в плане воспроизводства дендритов совершен прогресс. К каждому аксону цифрового нейрона подведено множество дендритов (входов других цифровых нейронов), что наиболее полно на сегодняшний день отражает строение головного мозга. Синапсы при этом образуются в месте соединения дендритов и аксонов, но они, конечно же, представляют электрический, а не химический контакт.

Воспроизводство аксонов предложено оригинальным методом. Разработчики Rain Neuromorphics взяли в качестве образца вертикальные каналы, создаваемые при производстве памяти 3D NAND, но вместо флеш-памяти (затворов), они покрыли аксоны-каналы материалом, создающим в месте контакта с дендритом переход ReRAM. Таким образом, синапс в предложенном решении - это резистивный переход, который управляет импульсом напряжения на входе нейрона. Более того, дендриты соединяют аксоны с нейронами случайным образом, почти как в мозге человека до обучения.

Колонны-аксоны с поперечными случайными связями-дендритами. Источник изображения: Rain Neuromorphics

Конечно, применительно к полупроводниковой литографии ни о какой случайности речи не может быть. Случайные связи не случайны, а созданы с оглядкой на определенный алгоритм. Задача стоит создать так называемые разреженные матрицы, которые в процессе последующего обучения создадут нейронную сеть. Но это очень близко к тому, как устанавливаются связи между нейронами в головном мозге.

По словам разработчиков, первые чипы смогут обеспечить 125 миллионов параметров INT8 для обработки зрения, речи, естественного языка и рекомендаций, потребляя при этом менее 50 Вт. Компания ожидает, что образцы будут доступны в 2024 году, а кремний будет готов к коммерческим поставкам в 2025 году. Подробнее о разработке можно прочесть на сайте EE Times.