Нейроморфный чип на одном транзисторе: прорыв в энергоэффективном ИИ

Исследователи из KAIST создали масштабируемое нейроморфное аппаратное обеспечение, вдохновлённое мозгом, совместно интегрировав нейроны и синапсы на основе одного транзистора. Используя стандартную кремниевую технологию КМОП (CMOS), эта разработка должна снизить стоимость чипа и упростить процесс производства.

Команда под руководством Ян-Кю Чоя и Сон-Юл Чоя продемонстрировала нейроны и синапсы на одном транзисторе, показав способность системы распознавать текстовые и лицевые изображения. Исследование было опубликовано в Science Advances 4 августа.

Проблема масштабирования

Нейроморфное оборудование привлекает внимание благодаря функциям искусственного интеллекта и ультранизкому энергопотреблению (менее 20 Вт), имитируя работу мозга. Для его работы необходимы нейрон, генерирующий спайк при интеграции сигнала, и синапс, запоминающий связь между нейронами. Однако нейроны и синапсы, построенные на цифровых или аналоговых схемах, занимают много места, что ограничивает эффективность и увеличивает стоимость аппаратуры. Мозг человека состоит из ~10¹¹ нейронов и ~10¹⁴ синапсов, поэтому для применения в мобильных и IoT-устройствах необходимо снизить стоимость аппаратной части.

Решение: один транзистор вместо схем

Чтобы решить эту проблему, исследователи воспроизвели поведение биологических нейронов и синапсов с помощью единственного транзистора и совместно интегрировали их на 8-дюймовую пластину. Созданные нейроморфные транзисторы имеют ту же структуру, что и транзисторы для памяти и логики, производимые сегодня массово. Впервые было доказано, что их можно реализовать с «янус-структурой», которая функционирует и как нейрон, и как синапс, подобно двум сторонам одной монеты.

Значение работы

• Профессор Ян-Кю Чой отметил, что работа позволяет радикально сократить стоимость аппаратуры, заменив нейроны и синапсы на основе сложных схем одним транзистором.
• Джун-Кю Хан, первый автор статьи, заявил: «Мы продемонстрировали, что нейроны и синапсы можно реализовать с помощью одного транзистора. Совместная интеграция таких нейронов и синапсов на одной пластине с использованием стандартного КМОП-процесса повысила эффективность нейроморфного оборудования, что ускорит его коммерциализацию».

Исследование поддержали Национальный исследовательский фонд (NRF) и Центр образования в области проектирования интегральных схем (IDEC).