211service.com
Een betere manier om op hersenen geïnspireerde chips te bouwen
Memristors, exotische elektronische apparaten waarvan het bestaan pas in 2008 is bevestigd, zijn gebruikt om een chip te maken die ontwerppunten van de hersenen ontleent. De prototype-chip leerde niets moeilijkers dan uiterst eenvoudige zwart-witpatronen herkennen. Maar grotere, complexere versies kunnen computers mogelijk beter maken in het begrijpen van spraak, afbeeldingen en de wereld om hen heen.
Dit circuit kan eenvoudige zwart-witpatronen leren herkennen, dankzij apparaten die memristors worden genoemd en die zich op elke plaats bevinden waar de draden elkaar kruisen.
Het circuit van de chip, gebouwd door onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara en Stony Brook University, verwerkt gegevens niet met digitale logische circuits, maar met elementen die, in vereenvoudigde vorm, de neuronen en synapsen van biologische hersenen nabootsen. Wanneer een dergelijk netwerk wordt blootgesteld aan nieuwe gegevens, leert het wanneer de synapsen die neuronen verbinden de invloed van de neuronen op elkaar aanpassen.
Softwareversies van kunstmatige neurale netwerken bestaan al heel lang, en grote hebben recentelijk voor doorbraken gezorgd in spraak- en gezichtsherkenning van bedrijven als Google en Facebook (zie 10 Breakthrough Technologies 2013: Deep Learning). Maar zulke gesimuleerde neurale netwerken belasten conventionele computers. Een Google-experiment waarbij een groot neuraal netwerk katten leerde herkennen van YouTube-afbeeldingen, liep in drie dagen op 16.000 processors. Het fysiek bouwen van een neuraal netwerk op een chip zou dit soort informatieverwerking veel energiezuiniger en praktischer kunnen maken. Met dergelijke chips kunnen bijvoorbeeld mobiele robots veel slimmer worden.
Er zijn al eerder door de hersenen geïnspireerde of neuromorfe chips gemaakt en IBM probeert ze te commercialiseren (zie Thinking in Silicon). Ze gebruiken over het algemeen dezelfde siliciumtransistors en digitale circuits die deel uitmaken van gewone computerprocessors. Maar die digitale componenten zijn niet geschikt om synapsen na te bootsen, zegt Dmitri Strukov , een assistent-professor aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, die leiding gaf aan het werk aan de nieuwe memristor-chip. Er zijn veel transistors en digitale circuits nodig om een enkele synaps weer te geven. Daarentegen wordt elk van de ongeveer 100 synapsen op de UCSB-chip weergegeven met slechts één enkele memristor.
Een [biologische] synaps is een analoog geheugenapparaat, en er is echt geen goede manier om dat op een compacte, energiezuinige manier te implementeren met conventionele technologie, zegt Strukov. Memristors zijn op zichzelf een analoog geheugenapparaat; het is een perfecte match.
De nieuwe chip wordt vandaag beschreven in een krant in het journaal Natuur . In een gerelateerd commentaar op het werk, Robert Legenstein , een universitair hoofddocent aan de Technische Universiteit van Graz in Oostenrijk, schreef: Als dit ontwerp kan worden opgeschaald naar grote netwerkgroottes, zal dit de toekomst van computers beïnvloeden ... Laptops, mobiele telefoons en robots kunnen neuromorfische chips met ultralaag vermogen bevatten die visuele, auditieve en andere soorten sensorische informatie verwerken.
De memristor werd in 1971 wiskundig voorspeld door Leon Chua, een professor in elektronica aan de University of California, Berkeley. Het werd gevonden in 2008, toen onderzoekers van Hewlett-Packard, waaronder Strukov, eenvoudige apparaten maakten waarvan de elektrische weerstand codeerde voor een soort herinnering aan de stroom die ze eerder hadden ervaren - precies de eigenschap die Chua had voorspeld (zie HP Rewires Electronics ). De apparaten werden onmiddellijk gezien als potentieel om te worden gebruikt voor dichtere gegevensopslag en om hardware neurale netwerken te maken.
HP en geheugenfabrikant SK Hynix begonnen in 2010 met het commercialiseren van gegevensopslag in memristor; HP wedt dat de technologie het mogelijk zal maken om de basisarchitectuur van computers radicaal te herdefiniëren (zie Machine Dreams). Maar tot nu toe had niemand een neurale netwerkchip gemaakt die alleen met memristors was gebouwd, zegt Strukov. Zijn groep ontwikkelde manieren om het proces van het maken van memristors te beheersen om betrouwbaardere apparaten te produceren dan eerder was gemaakt, zegt hij.
De eenvoudige chip van de UCSB-groep is slechts een proof of concept, maar de onderzoekers denken dat hun technieken kunnen worden opgeschaald om grotere, krachtigere apparaten te maken. Strukov zegt dat de technologie een steuntje in de rug kan krijgen van de inspanningen die bedrijven zoals HP en SK Hynix leveren om memristors voor gegevensopslag op de markt te brengen.