Мемристоры, или транзисторы с памятью — важный элемент нейроморфных компьютеров. По своим функциям они приближаются к синапсам мозга, соединяющим два нейрона. Синапс получает сигнал от одного нейрона в форме ионов и посылает соответствующий сигнал следующему.
Традиционный транзистор передает информацию, переключаясь между двумя значениями, 0 и 1. Исходящий сигнал мемристора, напротив, зависит от силы входящего сигнала. Это значит, что у него может быть много значений, то есть он сможет выполнять больше операций, чем бинарные транзисторы.
Кроме того, мемристоры, как синапсы, способны «запоминать» значение, связанное с данной силой тока, и выдавать точно такой же сигнал в аналогичных условиях.
В итоге, как полагают ученые, эти элементы потребуют меньше места на чипе, чем современные транзисторы, и откроют путь к появлению карманных суперкомпьютеров, пишет MIT News.
«Пока сети искусственных синапсов существуют только в виде программ. Мы пытаемся создать настоящую аппаратную нейронную сеть для портативных систем искусственного интеллекта, — пояснил профессор Ким Джи Хван. — Представьте себе, что подключили нейроморфное устройство к камере в машине, и она стала распознавать свет и предметы и мгновенно принимать решения, без подключения к интернету. Мы надеемся использовать энергоэффективные мемристоры для выполнения таких задач локально, в режиме реального времени».
Существующие конструкции мемристоров неплохо работают в ситуациях, когда проводящий канал достаточно большой, становятся менее надежными, если нужно сгенерировать более слабовыраженный сигнал. Чем тоньше канал и чем легче поток ионов от одного электрода к другому, тем труднее отдельным ионам оставаться вместе. Они начинают отрываться от группы рассеиваясь внутри среды. В итоге возникают сложности с передачей сигнала.
Группа профессора Кима нашла решение, обратившись к металлургии.
Обычно положительный электрод мемристора изготавливают из серебра. Ученые нашли элемент, который мог бы эффективно удерживать ионы серебра вместе, и пришли к мнению, что идеальным легирующим материалом будет медь. Она может выступать как своего рода мост между серебром и кремнием. Затем они разместили на кремниевом чипе площадью в квадратный миллиметр десятки тысяч таких мемристоров.
В качестве первого испытания чипа ученые воспроизвели изображение на щите одного из супергероев Marvel — Капитана Америка. Они приравняли каждый пиксель в картинке к соответствующему мемристору на чипе. Чип воспроизвел четкое изображение щита и смог запомнить и воспроизвести его неоднократно.
Коллеги ученых из MIT сообщили весной об открытии нового метода создания мемристоров, которые по энергопотреблению сравнялись с синапсами человеческого мозга. Еще недавно это считалось невозможным.