Тюменские физики обучили нейронную сеть ассоциативному самообучению
Спайковые нейронные сети (SNN) стали перспективными типами искусственных нейронных сетей (ANN). SNN более биологически правдоподобны, чем точечные нейроны, имеют более простую структуру за счет меньшего количества нейронов и способны реализовывать биоподобные механизмы самообучения. Однако SNN требуют более высокой вычислительной мощности для программного расчета функции каждого нейрона. Эта проблема может быть решена аппаратной реализацией SNN, что и реализовали ученые из ТюмГУ.
Статья «Моделирование обработки информации в биоморфном нейропроцессоре» физиков ТюмГУ и НОЦ «Нанотехнологии» вышла в журнале OBM Neurobiology.
Ранее группа ученых представила концепцию биоморфного нейропроцессора, которая основана на мемристорно-диодном кроссбаре и реализует аппаратную SNN с многочисленными биоморфными нейронами. Используются ключевые узлы аппаратной составляющей нейропроцессора: сверхбольшие запоминающая и логическая матрицы, задающие вес и маршрут связи между нейронами соответственно.
Эти матрицы должны быть очень большими, потому что каждый нейрон в сети может иметь множество синаптических связей. Нейропроцессор уникален тем, что построен на основе оригинальной электрической схемы биоморфного нейрона и воспроизводит работу биоморфной нейронной сети, созданной на основе оригинальной программной модели биоморфного нейрона.
Кроме того, нейропроцессор содержит устройства кодирования и декодирования входной и выходной информации, построенные с использованием универсальной логической матрицы на основе композитного мемристорно-диодного кроссбара. Максимальный размер квадратных запоминающей и логической матриц равен 10 в шестой степени ячеек, согласно анализу затухания входного сигнала.
Таким образом, с использованием этих матриц можно построить устройства ввода-вывода и аппаратную нейронную сеть соответствующего размера. Современные мемристоры имеют низкую стабильность и воспроизводимость характеристик. Тем не менее, обрабатываемая информация в аппаратных биоморфных SNN распределена по всей сети, что снижает требования к стабильности и воспроизводимости отдельных мемристоров.
В результате работ на основе упрощенных электрических моделей мемристора и диода Зенера создана физико-математическая модель работы ячейки для численного моделирования сверхбольшой логической матрицы с композитным мемристорно-диодным кроссбаром.
Разработана физико-математическая модель обработки сигналов в сверхбольшой логической матрице биоморфного нейропроцессора при маршрутизации выходных сигналов нейронного блока.
Представлены результаты численного моделирования процесса маршрутизации выходных импульсов нейронов на синапсы других нейронов с помощью логической матрицы.
Разработана физико-математическая модель обработки информации в кодирующем устройстве биоморфного нейропроцессора на основе логической матрицы с композитным мемристорно-диодным кроссбаром.
Получены результаты численного моделирования декодирования информационных сигналов в форме последовательностей импульсов в двоичный формат данных. Показана компактная реализация схемы декодирования сигналов в нейропроцессоре, которая может быть реализована в одном слое мемристорно-диодной логической матрицы.
Результат схемотехнического решения достигнут за счет применения логических преобразований, выполняемых внутри мемристорно-диодного кроссбара, и генератора двоичных чисел, установленного на периферии мемристорной логической матрицы. Разработаны также и физико-математические модели ассоциативного самообучения запоминающей матрицы, которые обеспечивают специфичную реализацию правил самообучения LTP и STDP, связанную с оригинальностью мемристорно-диодной ячейки.
С помощью численного моделирования продемонстрирована способность запоминающей матрицы с числом ячеек 4х2 к ассоциативному самообучению в составе аппаратной импульсной нейросети. Таким образом, с помощью численного моделирования на основе разработанных моделей показана работоспособность отдельных устройств нейропроцессора. Работа частично поддержана грантом РФФИ.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно