นักวิจัยรายงานการทำงานของพวกเขาในบทความที่ตีพิมพ์ 18 มีนาคมในธรรมชาตินาโนเทคโนโลยี

โครงข่ายประสาทเทียมคือชุดของชั้นเซลล์ประสาทเทียมที่เชื่อมต่อกันซึ่งผลลัพธ์ของชั้นหนึ่งจะให้ข้อมูลเข้าสู่ชั้นถัดไป การสร้างอินพุตนั้นทำได้โดยใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าฟังก์ชันการเปิดใช้งานแบบไม่เป็นเชิงเส้น นี่เป็นส่วนสำคัญของการเรียกใช้เครือข่ายประสาทเทียม แต่การใช้ฟังก์ชันนี้ต้องใช้พลังในการคำนวณและวงจรจำนวนมากเนื่องจากเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนข้อมูลไปมาระหว่างสองหน่วยที่แยกจากกัน - หน่วยความจำและหน่วยประมวลผลภายนอก

ตอนนี้นักวิจัยของ UC San Diego ได้พัฒนาอุปกรณ์ขนาดนาโนเมตรที่สามารถทำหน้าที่เปิดใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

"การคำนวณโครงข่ายประสาทเทียมในฮาร์ดแวร์ไม่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากแบบจำลองเครือข่ายประสาทเทียมมีขนาดใหญ่ขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น" Duygu Kuzum ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์จาก UC San Diego Jacobs School of Engineering กล่าว "เราได้พัฒนาอุปกรณ์เซลล์ประสาทเทียมระดับนาโนตัวเดียวที่ใช้การคำนวณเหล่านี้ในฮาร์ดแวร์ในพื้นที่และวิธีที่ประหยัดพลังงาน"

การศึกษาใหม่นำโดย Kuzum และปริญญาเอกของเธอ นักศึกษา Sangheon Oh ได้ดำเนินการร่วมกับศูนย์วิจัย DOE Energy Frontier ซึ่งนำโดยอาจารย์ Ivan Schuller ฟิสิกส์ของ UC San Diego ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาการใช้ฮาร์ดแวร์ของเครือข่ายประสาทเทียมที่ประหยัดพลังงาน

อุปกรณ์นี้ใช้ฟังก์ชันการเปิดใช้งานที่ใช้บ่อยที่สุดอย่างหนึ่งในการฝึกอบรมเครือข่ายประสาทเทียมที่เรียกว่าหน่วยเชิงเส้นที่ได้รับการแก้ไข สิ่งที่เฉพาะเจาะจงเกี่ยวกับฟังก์ชันนี้คือต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงความต้านทานได้ทีละน้อยเพื่อให้ทำงานได้ และนั่นคือสิ่งที่นักวิจัยของ UC San Diego ได้ออกแบบอุปกรณ์ของพวกเขาให้ทำ - มันสามารถค่อยๆเปลี่ยนจากฉนวนเป็นสถานะนำไฟฟ้าและทำได้ด้วยความช่วยเหลือของความร้อนเล็กน้อย

สวิตช์นี้เรียกว่าการเปลี่ยนแปลง Mott เกิดขึ้นในชั้นวานาเดียมไดออกไซด์บาง ๆ ระดับนาโนเมตร เหนือชั้นนี้มีฮีตเตอร์สายนาโนที่ทำจากไททาเนียมและทอง เมื่อกระแสไหลผ่านสายนาโนชั้นวานาเดียมไดออกไซด์จะร้อนขึ้นอย่างช้าๆทำให้สวิตช์ควบคุมช้าลงจากฉนวนเป็นตัวนำ

"สถาปัตยกรรมของอุปกรณ์นี้มีความน่าสนใจและเป็นนวัตกรรมใหม่" โอซึ่งเป็นผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าว โดยทั่วไปแล้ววัสดุในการเปลี่ยน Mott จะสัมผัสกับการเปลี่ยนจากฉนวนไปสู่การนำไฟฟ้าอย่างกะทันหันเนื่องจากกระแสไหลผ่านวัสดุโดยตรงเขาอธิบาย "ในกรณีนี้เราไหลกระแสผ่านสายนาโนที่ด้านบนของวัสดุเพื่อให้ความร้อนและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานทีละน้อย"

ในการใช้งานอุปกรณ์นี้นักวิจัยได้ประดิษฐ์อาร์เรย์ของอุปกรณ์กระตุ้น (หรือเซลล์ประสาท) เหล่านี้พร้อมกับอาร์เรย์อุปกรณ์ซินแนปติก จากนั้นพวกเขารวมอาร์เรย์ทั้งสองไว้บนแผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเองและเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเครือข่ายประสาทเทียมในเวอร์ชันฮาร์ดแวร์

นักวิจัยใช้เครือข่ายในการประมวลผลภาพ - ในกรณีนี้คือรูปภาพของ Geisel Library ที่ UC San Diego เครือข่ายดำเนินการประมวลผลภาพประเภทหนึ่งที่เรียกว่าการตรวจจับขอบซึ่งระบุโครงร่างหรือขอบของวัตถุในภาพ การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าระบบฮาร์ดแวร์แบบบูรณาการสามารถดำเนินการ Convolution ที่จำเป็นสำหรับเครือข่ายประสาทเทียมแบบลึกหลายประเภท

นักวิจัยกล่าวว่าเทคโนโลยีนี้สามารถปรับขนาดให้ใหญ่ขึ้นเพื่อทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นการจดจำใบหน้าและวัตถุในรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง Kuzum ตั้งข้อสังเกตด้วยความสนใจและความร่วมมือจากภาคอุตสาหกรรม

"ตอนนี้นี่เป็นข้อพิสูจน์ของแนวคิด" Kuzum กล่าว "เป็นระบบเล็ก ๆ ที่เราซ้อนชั้นของไซแนปส์เพียงชั้นเดียวกับชั้นการเปิดใช้งานเพียงชั้นเดียวเมื่อนำสิ่งเหล่านี้มาซ้อนกันมากขึ้นคุณสามารถสร้างระบบที่ซับซ้อนขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ"

งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานการวิจัยทางเรือ, Samsung Electronics, มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, สถาบันสุขภาพแห่งชาติ, สมาคม Qualcomm และกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา, สำนักงานวิทยาศาสตร์ผ่านศูนย์วิจัยชายแดนด้านพลังงาน

บาคาร่า สมัครบาคาร่า