Samsung-Ingenieure haben zusammen mit Wissenschaftlern der Harvard University eine neue Idee vorgeschlagen, die die technologische Welt der Entwicklung neuromorpher Chips, die die Arbeit des Gehirns nachahmen, einen Schritt näher bringt. Die Details wurden in Nature Electronics mit dem Titel Neuromorphic Electronics Based on Brain Copy and Paste veröffentlicht.
Die Essenz des von den Autoren vorgebrachten Konzepts wird wirklich am treffendsten durch die Worte "Kopieren" und "Einfügen" vermittelt. Der Artikel schlägt eine Methode zum Kopieren der neuronalen Verbindungen des Gehirns unter Verwendung einer Reihe von Nanoelektroden vor, die von dem Harvard-Universitätsprofessor und SAIT (Samsung Advanced Institute of Technology) Donhee Ham sowie von dem Harvard-Universitätsprofessor Hongkun Park entwickelt wurde. Die so erstellte Karte wird dann in das Solid-State-Memory-3D-Netzwerkmodul eingesetzt - in diesem Bereich gehört Samsung zu den weltweit führenden Anbietern.
Mit diesem Copy-and-Paste-Ansatz beabsichtigen die Autoren des Projekts, einen Speicher-Mikroschaltkreis zu schaffen, der es ermöglicht, die einzigartigen Fähigkeiten des Gehirns zu erreichen: geringer Energieverbrauch, einfaches Lernen, Anpassung an die Umgebung sowie Autonomie und kognitive - all dies war bisher für Computersysteme nicht zugänglich.
Das Gehirn besteht aus einer großen Anzahl von Neuronen, und die Schaltung ihrer Verbindungen ist für seine Arbeit verantwortlich. Die Kenntnis einer genauen Gehirnkarte erweist sich also als der Schlüssel zum Reverse Engineering des gesamten Gehirns. Der Zweig der Neuromorphic Engineering entstand in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts, damals war es sein Ziel, die Struktur des Gehirns und die Funktion neuronaler Netze auf einem Siliziumchip nachzuahmen. Die Aufgabe schien äußerst schwierig, da es bisher fast unmöglich war, eine genaue Karte der für höhere Gehirnfunktionen verantwortlichen neuronalen Verbindungen zu erstellen. Daher wurde die Aufgabe des neuromorphen Engineerings auf die Entwicklung eines vom Gehirn "inspirierten" Chips vereinfacht, aber nicht im Detail nachgebildet.
Die Autoren des neuen Projekts schlugen einen Weg vor, um zum ursprünglichen Ziel des Reverse Engineering des Gehirns zurückzukehren. Ein Array von Nanoelektroden verbindet sich mit einer großen Anzahl von Neuronen und zeichnet deren elektrische Signale mit hoher Empfindlichkeit auf. Basierend auf diesen Aufzeichnungen wird eine Karte neuronaler Verbindungen erstellt, die zeigt, wo Neuronen miteinander verbunden sind und wie stark eine solche Verbindung ist. Als Ergebnis wird eine neurale "Verdrahtungs"-Karte aus diesen Aufzeichnungen extrahiert oder "kopiert".
Die so kopierte neuronale Karte wird dann in das nichtflüchtige Speichernetzwerk "eingefügt" - dies kann ein herkömmlicher kommerzieller Flash-Speicher sein, der im Alltag in Solid State Drives (SSD) verwendet wird, oder ein RRAM-Speicher der neuen Generation, bei dem die Leitfähigkeit von jedes Element entspricht der Stärke der neuronalen Verbindung in der zuvor kopierten Karte.
Der Artikel schlägt auch einen Weg vor, um schnell eine Karte neuronaler Verbindungen in ein elektronisches Speichernetzwerk einzufügen. Ein Netzwerk speziell entwickelter nichtflüchtiger Speicherelemente spiegelt letztlich eine Karte neuronaler Verbindungen wider und wird durch feste interzelluläre Signale aktiviert. Mit anderen Worten, die neuronalen Verbindungen werden direkt in den Speicherchip entladen.
Das menschliche Gehirn enthält etwa 100 Milliarden Neuronen und etwa tausendmal so viele synaptische Verbindungen, so dass ein neuromorpher Chip aus etwa 100 Billionen Elementen bestehen wird. Die Integration einer so großen Anzahl von Elementen wird durch Samsungs eigene 3D-Technologie ermöglicht.
Samsung plant, seine Best Practices bei der Herstellung elektronischer Komponenten zu nutzen und seine Arbeit im Bereich Neuromorphic Engineering fortzusetzen, um seine Führungsposition bei Halbleiterlösungen mit Schwerpunkt auf künstlicher Intelligenz zu festigen.
„Die Vision, die wir präsentiert haben, ist sehr ehrgeizig. Aber die Arbeit an einer solch heroischen Herausforderung wird die Grenzen der maschinellen Intelligenz, der Neurowissenschaften und der Halbleitertechnologie verschieben “, sagte Professor Ham.
2021-09-27 01:26:50
Autor: Vitalii Babkin