Грибы могут заменить чипы в компьютерах будущего — исследование

Биоинженеры из Университета штата Огайо научили грибы шиитаке вести себя как мемристоры. Это электронные компоненты микрочипов, хранящие данные о своих прошлых электрических состояниях, рассказывает Phys.org.

Сама технология мемристоров лишь недавно вышла из лабораторий в промышленное производство, не говоря уже о грибах как их основе. Но развитие искусственного интеллекта стимулирует исследования в направлении компьютерных технологий. Поэтому можем наблюдать за явлением, когда параллельно с внедрением изобретения разрабатываются альтернативы к нему.

До появления мемристоров

Мемристоры — это один из альтернативных элементов микрочипов, что является основой всей привычной для нас техники: смартфонов, компьютеров, плазменных телевизоров и тому подобное. Рынок чипов колоссальный - Китай и США конкурируют за него на государственном уровне.

Напомним, чипы — это микросхемы трех типов, в зависимости от задач, которые они выполняют. Для процессоров они выполняют вычисления и управляют другими компонентами. Для памяти — хранят данные, программы, или результат их работы .

Есть ещечипы-контроллеры, необходимые для управления питанием, звуком, дисплеем, сенсорами и тому подобное. Иногда все функции объединяют в одном корпусе, как это сделала компания Apple со своими A17 Pro.

Сейчас чипы изготавливаются преимущественно из кремния с добавлением бора, фосфора, соединений металлов. Все это нужно для контроля за проводимостью. Если очень сильно упростить, то современные чипы кодируют информацию в единички и нолики, руководствуясь током. Проводит чип ток — имеем единичку. Тока нет — будет нолик.

Мемристоры в промышленности

Мемристоры — альтернативный вариант элементов памяти для чипов. Она нужна для всех трех типов этих микросхем: где-то встроенная, где-то внешняя. В отличие от классической проводимости, когда ток есть или его нет, мемристоры кодируют единички и нолики в зависимости от интенсивности и частоты тока.

Опять же, крайне упрощенное объяснение, но сильный ток — будет единичка, слабый ток — нолик. Мемристоры способны сохранять информацию о том, какой ток через них пропускали. Чем чаще использовалась комбинация тока разной интенсивности, тем сильнее "прописывается" связь в микросхеме.

Технология получила название технологии ReRAM. Мемристоры производят тоже из кремния. По сравнению с другими элементами памяти, они быстрее, потребляют меньше энергии, более долговечны в работе.

ReRAM является памятью нового поколения. Из лабораторий в промышленность технология попала сравнительно недавно — с 2010 года. Она остается очень дорогой, поэтому ее массовое использование еще не развернули.

Сейчас ReRAM применяется в промышленности и полуэкспериментальных проектах вроде искусственного интеллекта или робототехники. Среди компаний, которые работают с ней, есть Panasonic, Sony, Toshiba, Crossbar, HP, Micron и другие.

Грибной мицелий как мемристоры

Джон ЛаРокко (John LaRocco) Кудсия Тахмина (Qudsia Tahmina) из Университета штата Огайо являются учеными-практиками. Они специализируются на том, как живые организмы можно использовать в технологиях.

Недавно в журнале PLOS One они опубликовали результаты успешного эксперимента с мицелием грибов, который справился с функцией мемристора. В исследовании использовали шиитаке и обычные шампиньоны.

Сначала грибам дали созреть, чтобы мицелий окреп и хорошо развился. Затем обезводили и подключили к специально разработанным для эксперимента электросхемам. Впоследствии через мицелий биоинженеры пропускали ток разного напряжения и с разной частотой.

Через два месяца ученые использовали грибной мемристор как оперативную компьютерную память и обнаружили, что он прекрасно работает. Модели переключались между электрическими состояниями со скоростью до 5850 сигналов в секунду с точностью около 90%.

С увеличением частоты электрических импульсов производительность падала. Но здесь мицелий повел себя как человеческий мозг — функционал восстанавливался, когда биоинженеры подключали к схеме больше грибов.

Грибы — не единственные живые существа, которые могут оперировать током. Электропроводность является базовым свойством всех клеток. Эта способность используется как один из аргументов в пользу гипотезы о происхождении живой материи из неживой. Ее подтверждают также древние микробы, живущие за счет вклинивания в связи между химическими элементами.

Эксперимент лабораторный и до использования в промышленности еще далеко. Но она может решить одну из самых больших проблем инфраструктуры искусственного интеллекта. Уже сейчас для полноценной работы технологии не хватает электроэнергии. Переход на биоэлектронику мог бы частично решить эту проблему. Больше о ресурсах, необходимых для развития ИИ, читайте в статье "ИИ и муравьи: когда люди станут кормовой базой для суперинтеллекта?" авторства Сергея Корсунского.