Ученые предложили принципиальную схему электронного мозга

[Король Альтов]

http://lenta.ru/news/2012/11/22/memcomputing/

Ученые предложили принципиальную схему электронного мозга

Продолжение: «Непонятно, чего ждать от этих сетей»

Американские ученые предложили принципиальную схему электронного вычислительного устройства, информация в котором хранится и обрабатывается в одних и тех же ячейках - так же, как это происходит в нейронах мозга. Препринт работы выложен в архиве Корнельского университета, кратко о ней пишет блог издания Technology Review.

Принципиальное отличие нового вычислительного устройства от существующих компьютеров заключается в том, что хранение и обработка информации в нем не разделено пространственно, а осуществляется в одних и тех же ячейках. Именно так устроена работа мозга человека и любой нервной сети.

В мозге на уровне нейрона одновременно происходит суммирование сигналов, приходящих от многих других нейронов, и формирование памяти о уже проведенных импульсах. В основе этого процесса лежит синаптическая пластичность - свойство нервных контактов при частом использовании работать все лучше.

Электронным аналогом нейрона в новом компьютере могут выступить мем-устройства - особые резисторы, конденсаторы и катушки. Первое из них - мемристор было теоретически описано еще сорок лет назад, однако создать его удалось только в 2008 году. Мемристор представляет собой резистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от силы тока, проходившего через него в прошлом.

Авторы новой работы показали, как соединяя и комбинируя мем-устройства можно получить вычислительную машину, мощность которой не ограничивается постоянным перебрасыванием данных из памяти в процессор и обратно.

В качестве альтернативы мем-устройствам для создания "электронного мозга" ученые рассматривают спинтронику - электронику на спинах. Ранее инженеры Intel предложили схему нейроморфного чипа - элементарной единицы такой вычислительной машины.

[Король Альтов]

https://lenta.ru/news/2012/06/18/neuro/

Инженеры Intel предложили схему нейроморфных чипов

Инженеры из Intel предложили новую схему компьютерных чипов, в некотором смысле копирующих принципы работы мозга. Статья исследователей пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Попытки создания систем на принципах, аналогичных принципам работы головного мозга, предпринимаются давно. К таким системам относятся, например, нейронные сети, которые используются, в частности, для решения задач распознавания образов и дискриминантного анализа. В настоящее время активно ведутся попытки аппаратной реализации систем, работающих по принципам, отличным от классических ЭВМ.

В рамках новой работы инженеры Intel предложили схему, которую они назвали нейроморфным чипом. В основе схемы лежит использование не традиционной электроники, а так называемой спинтроники - систем, в которых переносчиком информации является спин частиц, а не электрический сигнал.

За основу нейроморфного чипа берется два класса устройств. Первый класс - наномагнитные вентили. По сути, это микроскопические куски металла, которые, в зависимости от спина проходящего через них электрона принимают разное положение, соответственно замыкая и размыкая цепь. Второй класс - мемристоры. Это резисторы с памятью, которые до недавнего времени считались удобным для теоретических изысканий объектом (сам термин появился в 1971 году). Первый работающий мемристор был создан только в 2008 году.

Используя вентили и мемристоры, инженеры предложили схему "нейрона" - простейшего кирпичика чипа, работающего похожим на нейрон в человеческом мозгу образом. По словам ученых, их нейроны подвергаются масштабированию и могут быть использованы для аппаратной реализации довольно сложных нейронных систем. К плюсам созданной учеными из Intel архитектуры относится то, что для вычислений она требует в 15-300 раз меньше энергии, чем обычные компьютеры.

Примечательно, что в 2009 году в Nature появилась статья, авторы которой доказали, что в кремнии при комнатной температуре может существовать поток электронов с поляризованным спином. Это означает, что для создания спинтроники можно будет использовать уже существующие мощности.

[Король Альтов]

https://lenta.ru/news/2010/04/08/chip/

HP представит новое поколение мемристоров

Компания HP 8 апреля представит разработку в области мельчайших переключателей, которые могут прийти на смену полупроводниковым транзисторам, пишет The New York Times. Эта технология известна под названием мемристор.

Ученым из лаборатории HP удалось добиться существенного прогресса в хранении и извлечении информации из обширных трехмерных массивов мемристоров. Так, они увеличили скорость передачи данных до уровня современных кремниевых транзисторов и увеличили цикл жизни устройства до сотен тысяч операций по записи и чтению данных.

Стэн Уильямс, физик из лаборатории HP, заявил в интервью газете, что через три года его компания может представить на рынке чип памяти на основе мемристоров объемом 20 гигабайт, размер которого не будет превышать один квадратный сантиметр. Он считает, что существующие технологии флеш-памяти к тому времени обеспечат схожие по размерам устройства лишь 10 гигабайтами памяти.

Мемристоры являются пассивным элементом в микроэлектронике и существенно отличаются от применяемых в настоящее время транзисторов. Они позволяют хранить информацию при отсутствии электрического тока. Специалисты HP уверены, что мемристоры придут на смену традиционным транзисторам, размер которых в настоящий момент составляет 30-40 нанометров. Для сравнения, HP создала мемристоры размером 3 нанометра, которые могут включаться/выключаться каждую наносекунду.

Теория мемристоров была создана Леоном Чуа (Leon O. Chua) из Калифорнийского университета (University of California) в 1971 году, однако первые лабораторные образцы были представлены HP лишь в 2008 году.

Специалисты HP отмечают, что новая технология может прийти на смену флеш-памяти, а также RAM-памяти, используемой в компьютерах в настоящий момент. Доктор Чуа считает, что мемристоры могут быть использованы для создания аналоговых компьютерных систем, которые будут напоминать по структуре человеческий мозг. При этом он сравнил мемристоры с синапсами, которые передают импульсы между нервными клетками человека.

[Король Альтов]

https://lenta.ru/news/2010/03/15/memristor/

Мемристоры пригодились для создания аналогов нейронов

Ученые создали мемристор, который работает по тому же принципу, что и синапсы - соединения между нейронами в мозгу. Статья авторов опубликована в журнале Nano Letters. Коротко о работе пишет New Scientist.

Мемристором называют элемент в микроэлектронике, сопротивление которого зависит от полярности прилагаемого напряжения. Основным качеством мемристора является "память": его сопротивление зависит от того, какой заряд в последний раз был пропущен через элемент. По тому же принципу функционируют нейроны в мозгу: их поведение зависит от их прошлой активности.

Авторы новой работы сумели разработать мемристор, наглядно демонстрирующий этот принцип. Для его создания ученые использовали материалы, из которых изготавливают компьютерные чипы. Два металлических электрода своего устройства ученые соединили при помощи сплава серебра и кремния. Авторы показали, что свойства этого соединения напоминают свойства синапса - контакта между двумя нейронами.

В мозгу скорость передачи сигнала через синапс зависит от того, когда активируется каждый из нейронов. Чем меньше временной зазор между активацией нейронов, тем более "проходимым" для будущих сигналов становится синапс. Ученые показали, что в созданном ими мемристоре наблюдается та же зависимость: когда пауза между подачей сигналов на электроды составляла 20 миллисекунд, то сопротивление мемристора было вдвое меньше, чем после паузы в 40 миллисекунд.

В ближайшем будущем создатели нового мемристора планируют получить устройство, в котором будут задействованы десятки тысяч мемристоров. Такое устройство можно, в некотором смысле, рассматривать как аналог мозга.

Впервые существование мемристора было предсказано в 1971 году, однако первый работающий образец был создан только спустя 37 лет в исследовательской лаборатории фирмы Hewlett-Packard.

[Король Альтов]

https://lenta.ru/news/2009/11/26/spin/

Физики доказали возможность создания спинтроники на основе кремния

Физикам удалось сделать еще один шаг на пути создания нового поколения электронных устройств, названного спинтроникой. Планируется, что в подобных устройствах информация будет кодироваться не только электрическими сигналами, но и спином электронов, составляющих их. Статья исследователей появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW.

В рамках исследования ученым удалось создать поток электронов с поляризованным спином в кремнии при комнатной температуре. Для этого на пластинку полупроводника был нанесен тонкий слой оксида алюминия, после чего сверху был напылен никелевый электрод.

Подавая на электрод напряжение, физики смогли добиться появления прослойки спин-поляризованных электронов в полупроводнике. Для доказательства этого факта они использовали следующий эффект. Включение магнитного поля должно вызывать рассеивание электронов, заставляя меняться напряжение на электроде при постоянном токе. По словам ученых, именно это им удалось наблюдать в эксперименте.

Ранее при комнатной температуре возникновение спин-поляризованных токов наблюдалось только в более дорогих полупроводниках: например, арсениде галлия. В кремнии подобные потоки удавалось получить при температурах около 150 кельвинов - это было сделано учеными из Лаборатории ВМФ США в 2007 году.

Ученые полагают, что их схема может подойти для создания электронных квантовых компьютеров. Предполагается, что аналогичное новому устройство поможет получать пучки электронов, спины которых будут запутаны, то есть окажутся в квантовой взаимосвязи. Считается, что квантовые компьютеры смогут выполнять некоторые вычисления гораздо быстрее, чем традиционные аппараты.