Samsung предложила «скопировать и вставить» мозг в нейроморфные чипы

Инженеры Samsung совместно с учёными Гарвардского университета предложили новую идею, которая на шаг приблизит технологический мир к созданию нейроморфных чипов, имитирующих работу мозга. Подробности были опубликованы в издании Nature Electronics, статься получила название «Нейроморфная электроника, основанная на копировании и вставке мозга».

Суть выдвинутой авторами концепции действительно точнее всего передаётся словами «копировать» и «вставить». В статье предлагается способ копирования нейронных связей мозга при помощи массива наноэлектродов, разработанного профессором Гарвардского университета и сотрудником института SAIT (Samsung Advanced Institute of Technology) Дон Хи Хамом (Donhee Ham), а также профессором Гарвардского университета Хон Кун Паком (Hongkun Park). Созданная таким образом карта далее вставляется в модуль трёхмерной сети твердотельной памяти — в данной области Samsung является одним из мировых лидеров.

При помощи этого подхода «копирования и вставки» авторы проекта предполагают создать микросхему памяти, которая позволит достичь уникальных возможностей мозга: низкого потребления энергии, лёгкой обучаемости, адаптации к окружающей среде, а также автономности и способности к познанию — всё это было прежде недоступно для вычислительных систем.

Мозг состоит из большого числа нейронов, и схема их взаимосвязей отвечает за его работу. Поэтому знание точной карты мозга оказывается ключом к обратному проектированию всего мозга. Отрасль нейроморфной инженерии зародилась в восьмидесятые годы прошлого века, на тот момент её целью была имитация структуры мозга и функции нейросетей на кремниевом чипе. Задача представлялась крайне сложной, поскольку до настоящего момента было практически невозможно составить точную карту нейронных связей, отвечающих за высшие функции мозга. Поэтому задача нейроморфной инженерии упрощалась до разработки чипа, «вдохновлённого» мозгом, но не повторяющего его в деталях.

Авторы нового проекта предложили способ вернуться к исходной цели обратной инженерии мозга. Массив наноэлектродов подключается к большому числу нейронов и записывает их электрические сигналы с высокой чувствительностью. На основе этих записей создаётся карта нейронных связей, отражающая, где нейроны соединяются друг с другом, а также насколько сильной является такая связь. В итоге из этих записей извлекается или «копируется» карта нейронной «разводки».

Скопированная таким образом нейронная карта затем «вставляется» в сеть энергонезависимой памяти — это может быть традиционная коммерческая флеш-память, которая используется в повседневной жизни в твердотельных накопителях (SSD), или память нового поколения RRAM, где проводимость каждого элемента соответствует силе нейронной связи в скопированной ранее карте.

В статье также предлагается способ быстрой «вставки» карты нейронных связей в сеть электронной памяти. Сеть специально спроектированных энергонезависимых запоминающих элементов в итоге отражает карту нейронных связей, и она приводится в действие посредством зафиксированных межклеточных сигналов. Иными словами, производится прямая выгрузка нейронных связей в чип памяти.

Человеческий мозг содержит примерно 100 млрд нейронов и примерно в тысячу раз больше синаптических связей, поэтому в итоге нейроморфный чип будет состоять примерно из 100 трлн элементов. Интеграция такого большого числа элементов стала возможной благодаря трёхмерным технологиям собственной разработки Samsung.

Используя свой передовой опыт в производстве электронных компонентов, Samsung планирует продолжить работу в области нейроморфной инженерии, чтобы укрепить своё лидерство в области полупроводниковых решений, ориентированных на работу искусственного интеллекта.

«Представленное нами видение очень амбициозно. Но работа над такой героической задачей раздвинет границы машинного интеллекта, нейробиологии и полупроводниковых технологий», — заявил профессор Хам.