Исследователи из Колорадского университета в Боулдере создали вычислительные элементы, имитирующие нервные клетки, так, что они стали передавать данные быстрее настоящих нейронов. Такие элементы позволят задействовать меньше мощности при использовании нейросетей. Научная статья опубликована в журнале Science Advances.
Операции, идущие по принципу работы нервных клеток, широко используют уже несколько лет. Но, как правило, они требуют серьезных вычислительных мощностей. Дело в том, что «традиционные» компьютеры передают информацию через одинаковые интервалы и фрагментами постоянного заданного размера — с помощью нулей и единиц. Нервные клетки способны накапливать информацию из множества источников (соседних клеток) и передавать ее по мере надобности, то есть промежутки между сигналами у них нерегулярные. Объем переносимых конкретным нейроном данных тоже может варьировать.
В обычных компьютерах используются транзисторы. Информация передается от одного транзистора к другому. Между транзисторами есть промежутки с низкой проводимостью, тормозящие процесс обмена данными. Из-за несовпадения механизмов передачи информации имеющимся компьютерам требуется много энергии, чтобы выполнить сравнительно простые операции «нейронным способом».
Чтобы ускорить передачу данных, авторы описываемой статьи создали сверхпроводящие электроды — «нейроны» с использованием ниобия. Электрический ток, идущий через них, не встречает практически никакого сопротивления. Промежутки между электродами заполнили марганцем, обладающим магнитными свойствами. Силу магнитного поля, создаваемого марганцем, можно регулировать и таким образом изменять значимость связи между искусственными нейронами.
Подобный процесс происходит и в головном мозге во время обучения, при запоминании и забывании информации. Также искусственные ниобиевые нейроны способны менять направление передачи данных в зависимости от параметров описанного выше магнитного поля.
Созданные американскими учеными «нейроны» могут передавать до миллиарда сигналов в секунду — на порядки больше, чем настоящие (они способны давать лишь несколько сотен импульсов в секунду). При этом, по расчетам разработчиков, они тратят гораздо меньше энергии. На основе ниобиевых вычислительных элементов можно будет создавать компьютеры с механизмом работы, максимально приближенным к таковому у «живой» нервной системы. Однако до этого предстоит определить, как будет вести себя система хотя бы из тысяч новых электродов, а пока этого не сделано.
[Иллюстрация: CNRI/SPL]
