Инженеры создали полностью оптический искусственный синапс
Исследователи экспериментально и на цифровых моделях доказали, что кристалл с эффектом люминесценции способен работать как искусственный синапс без участия электроники. Отказ от перевода света в ток поможет многократно снизить энергопотребление датчиков в системах машинного зрения. Однако успех пока подтвердили лишь на крупном лабораторном прототипе, поэтому технология потребует дальнейшей оптимизации.
Традиционные архитектуры компьютеров исторически разделяли обработку данных и их хранение. Перемещение информации между процессором и памятью тратит много времени и энергии. Эта проблема особенно мешает работе алгоритмов машинного обучения. Биологический мозг устроен эффективнее: сила межнейронных связей выступает одновременно хранилищем опыта и вычислительным фильтром для новых сигналов.
Инженеры долгое время конструировали нейроморфные чипы, копирующие устройство мозга. Первые искусственные синапсы работали на электронных компонентах и потребляли много энергии на нагрев. Позже появились оптоэлектронные устройства, принимавшие световой сигнал напрямую от источника, но для изменения параметров памяти они все равно задействовали электрическую цепь.
Ученые искали, как создать полностью оптический синапс. В такой схеме свет должен был одновременно доставлять сигнал и менять силу связи между узлами сети. Новая работа продемонстрировала жизнеспособность подобного подхода. Результаты опубликовали в журнале Advanced Photonics.
Инженеры измерили отклик люминесцентного материала на оптические импульсы разной частоты. Они сравнили поведение системы при поочередном облучении ультрафиолетом и инфракрасным светом.
В качестве материала выбрали кристалл, легированный стронцием, европием и диспрозием, который обладал эффектом долгой люминесценции. Кроме того, в нем баланс между немедленным свечением и запасанием энергии зависел от предыдущих порций света. Такое поведение идеально подошло для имитации памяти нейрона: материал «помнил» прошлые вспышки света без дополнительных микросхем.
Во время опытов ученые посылали на кристалл парные световые импульсы. Ультрафиолет работал как усилитель. Его первая вспышка забивала структурные ловушки зарядом. К моменту второго импульса свободных ловушек не оставалось, поэтому энергия сразу превращалась в свечение. В итоге ответ на второй импульс оказывался сильнее, чем на первый.
Инфракрасный свет давал обратный эффект: он выбивал заряды из ловушек. Первая вспышка забирала весь накопленный запас, поэтому на вторую ничего не оставалось, и ответ кристалла был тусклым. Способность материала самостоятельно делать оптический сигнал ярче или слабее доказала его пригодность для сборки логических цепей.
На практике физики превратили кристалл в пленку и закрыли ею классическую матрицу цифровой камеры. Покрытие сработало как чувствительный оптический фильтр. Яркие детали картинки долго оставляли след, а случайные пиксельные шумы мгновенно гасли до момента оцифровки кадра. Следом на компьютерной модели проверили работу сенсора в задаче распознавания рукописных цифр. Без включения свойств кристалла программная точность нейросети составила 78%, а при симуляции работы оптического синапса возросла почти до 96%.
Однако говорить о готовых оптических процессорах с такими показателями преждевременно. Сложная камера из тысяч световых синапсов пока существует только в компьютерном симуляторе. В реальности одиночный кристаллический прототип реагировал на команды за десятки миллисекунд. Для современной микроэлектроники это огромная задержка. Устройство также потребовало слишком высоких затрат энергии на свечение лазера. Обратить эти недостатки в плюсы поможет уменьшение размера чипа до микрометров.
Эксперимент доказал, что камера в целом способна вычислять и запоминать нюансы кадра без привлечения тока. В перспективе технология может помочь дольше беречь заряд батареи за счет отказа от части тяжелых вычислительных процессов.
Telegram 
Дзен 
VK Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Международная группа ученых обнаружила следы трех неизвестных ранее правителей Ассирийской империи, существование которых ставит под сомнение полноту и объективность древних хроник. Исследователи доказали, что царские списки, считавшиеся более века незыблемым источником, составляли с учетом политической цензуры.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Вода в реке может выглядеть абсолютно чистой и прозрачной, но настоящее «досье» на экологическое состояние региона часто скрыто не в ней, а под ней — в донных отложениях. Это своеобразный химический архив, который накапливает все, что попадало в водоем на протяжении десятилетий. Ученые Южного федерального университета взяли на себя труд расшифровать этот архив в глобальном масштабе: они собрали и систематизировали все современные научные данные о том, как токсичные продукты горения оседают на дне рек и озер по всему миру. Результат этой работы позволил впервые увидеть полную картину загрязнения пресноводных экосистем — от Нижнего Дона и сибирских арктических рек до Амазонки, Нила и Миссисипи.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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
Последние комментарии