• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.11.2023
ФизТех
888

Российские ученые представили научный обзор биоподобных компьютеров

4.3

Исследователи из МФТИ и Физико-технологического института имени К. А. Валиева РАН сделали анализ современных технологий в сфере микроэлектроники, которые симулируют работу головного мозга. Авторы систематизировали имеющиеся достижения в области электроники и разработки алгоритмов для этих систем, а также описали основные перспективы и проблемы в этой области.

Российские ученые представили научный обзор биоподобных компьютеров
Российские ученые представили научный обзор биоподобных компьютеров / © Getty images / Автор: Наталья Федосеева

Обзор вышел в журнале Russian Microelectronics. Современные компьютеры работают на основе архитектуры Джона фон Неймана. В таких архитектурах у компьютеров есть процессор, запускающий программы, и память, которая хранит нужную информацию для этих программ. Однако это не единственный возможный способ организации вычислительных систем. Также существуют нейроморфные архитектуры, которые имитируют работу биологических нейронов в мозге. В таких системах информация хранится и обрабатывается распределенно, выполнение программ и хранение данных для их работы происходит в узлах сети. Для того чтобы реализовать нейроморфные архитектуры, необходимо создать системы микроэлектроники и алгоритмы их обучения.

В мозге человека и животных нервные клетки передают друг другу информацию с помощью электрического заряда и химических молекул. Клетки связаны между собой синапсом — это такое специальное место между двумя нейронами, через которое происходит передача сигнала. Чтобы промоделировать такой биологический процесс и сделать из этого компьютер, в качестве синапсов используют мемристоры — компоненты электрической цепи, которые могут изменять свое сопротивление в зависимости от поданного электрического тока и частоты его подачи.

Вместо нейронов в нейроморфных архитектурах используют чипы. Мемристоры передают сигнал между чипами и адаптируют свое сопротивление для передачи информации, тем самым улучшая собственную проводимость. Например, если нейроморфная сеть распознает картинки, то при частой активации одних и тех же картинок пары чипов постоянно активируются, мемристоры запоминают возникшую связь, уменьшают свое сопротивление, и распознавание объекта становится быстрее и точнее. В обзоре авторы подробно рассматривают, как действуют алгоритмы, на которых работают нейроморфные системы, а также то, какие компоненты микроэлектроники нужны для реализации системы, и принципы их работы.

Вторая часть анализа посвящена обзору существующих нейроморфных систем и их техническим характеристикам, например нейроморфным компьютерам от Intel и IBM. Завершается обзор рассмотрением перспектив и проблем в области нейроморфных систем. Нейроморфные архитектуры за счет распределенности вычислений и памяти требуют гораздо меньше ресурсов, чем обычные компьютерные системы. Но и они не лишены определенных недостатков.

Авторы описывают основные проблемы, с которыми сейчас работают исследователи нейроморфных систем, — это электромагнитные помехи и задержки передачи информации от близких элементов сети. Из-за этих ограничений нейроморфные архитектуры тяжело изменять в размере. Еще одной проблемой для них становится необходимость встраивания периферийных элементов, например регистров ввода и вывода информации. Такие элементы забирают на себя почти 60 процентов всей энергии, которую потребляет нейроморфная система.

В области нейроморфных вычислений развитие сейчас только начинается — большинство языков программирования и технологий пока что адаптированы для компьютеров фон Неймана. Однако у нейроморфных систем есть перспективы для ускорения многих вычислительных процессов, и исследователи по всему миру работают над улучшением этой технологии. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 14:24
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

8 часов назад
Полина Меньшова

Сидячий образ жизни часто называют «новым курением», поскольку отсутствие физической активности и работа в неудобных позах приводит к большому количеству проблем со здоровьем. В связи с этим появился тренд на столы для работы стоя. Исследователи из США изучили разные типы рабочих мест и оценили их эффективность — как для здоровья сотрудников, так и для производительности.

Вчера, 19:04
Александр Березин

По уточненным данным, для свода Международной космической станции с орбиты компания Илона Маска использует сильно измененный грузовой корабль, имеющий рекордно большое количество двигателей (больше, чем у любого другого корабля в истории). Однако это не будет Starship, хотя для него такая задача в теории была бы проще.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно