Neuromorfe computersysteemtechnologie die het menselijk brein nabootst, moet de beperking van overmatig stroomverbruik overwinnen, wat kenmerkend is voor de bestaande Von Neumann-computermethode. Een high-performance, analoog kunstmatig synapsapparaat dat in staat is om synapsverbindingssterkte uit te drukken, is vereist om een ​​halfgeleiderapparaat te implementeren dat gebruikmaakt van een methode voor het verzenden van herseninformatie. Deze methode maakt gebruik van signalen die tussen neuronen worden verzonden wanneer een neuron een pieksignaal genereert.

Met conventionele geheugenapparaten met variabele weerstand die algemeen worden gebruikt als kunstmatige synapsen, neemt het elektrische veld echter toe naarmate het filament groeit met variërende weerstand, wat een terugkoppelingsverschijnsel veroorzaakt, wat resulteert in een snelle filamentgroei. Daarom is het een uitdaging om plasticiteit te implementeren met behoud van analoge (geleidelijk) weerstandsvariatie met betrekking tot het filamenttype.

Het Korea Institute of Science and Technology, geleid door het team van Dr. YeonJoo Jeong in het Center for Neuromorphic Engineering, loste de beperkingen op van analoge synaptische kenmerken, plasticiteit en informatiebehoud, die chronische obstakels zijn met betrekking tot memristors, neuromorfe halfgeleiderapparaten. Hij kondigde de ontwikkeling aan van een kunstmatig synaptisch halfgeleiderapparaat dat in staat is tot zeer betrouwbaar neuromorfisch computergebruik.

Het KIST-onderzoeksteam heeft de redox-eigenschappen van actieve elektrode-ionen verfijnd om kleine synaptische plasticiteitsproblemen op te lossen die de prestaties van bestaande neuromorfe halfgeleiderapparaten belemmeren. Bovendien werden overgangsmetalen gedoteerd en gebruikt in het synaptische apparaat, waardoor de reductiewaarschijnlijkheid van actieve elektrode-ionen werd gecontroleerd. De ingenieurs ontdekten dat de grote kans op reductie van ionen een kritische variabele is bij de ontwikkeling van hoogwaardige kunstmatige synaptische apparaten.

Daarom werd door het onderzoeksteam een ​​titanium overgangsmetaal, met een hoge kans op ionreductie, geïntroduceerd in een bestaand kunstmatig synaptisch apparaat. Dit handhaaft de analoge kenmerken van de synaps en de plasticiteit van het apparaat bij de synaps van de biologische hersenen, ongeveer vijf keer het verschil tussen hoge en lage weerstanden. Bovendien ontwikkelden ze een hoogwaardige neuromorfische halfgeleider die ongeveer 50 keer efficiënter is.

Bovendien, vanwege de hoge legeringsvormingsreactie die wordt vertoond door het gedoteerde titaniumovergangsmetaal, nam de informatieretentie tot 63 keer toe in vergelijking met het bestaande kunstmatige synaptische apparaat. Bovendien zouden hersenfuncties, waaronder langdurige potentiëring en langdurige depressie, nauwkeuriger kunnen worden gesimuleerd.

Het team implementeerde een kunstmatig neuraal netwerkleerpatroon met behulp van het ontwikkelde kunstmatige synaptische apparaat en probeerde kunstmatige intelligentie beeldherkenning te leren. Het foutenpercentage werd met meer dan 60% verminderd in vergelijking met het bestaande kunstmatige synaptische apparaat; bovendien nam de nauwkeurigheid van de herkenning van het handschriftbeeldpatroon (MNIST) toe met meer dan 69%. Het onderzoeksteam bevestigde de haalbaarheid van een krachtig neuromorf computersysteem door middel van dit verbeterde kunstmatige synaptische apparaat.

Dr. Jeong van KIST zei:"Deze studie verbeterde drastisch het synaptische bewegingsbereik en informatiebehoud, wat de grootste technische barrières waren van bestaande synaptische nabootsingen. In het ontwikkelde kunstmatige synapsapparaat, het analoge operatiegebied van het apparaat om de verschillende verbindingen van de synaps uit te drukken sterke punten zijn gemaximaliseerd, dus de prestaties van op hersensimulatie gebaseerde kunstmatige intelligentiecomputing zullen worden verbeterd.

"In het vervolgonderzoek zullen we een neuromorfische halfgeleiderchip produceren op basis van het ontwikkelde kunstmatige synapsapparaat om een ​​krachtig kunstmatige-intelligentiesysteem te realiseren, waardoor het concurrentievermogen in het binnenlandse systeem en het kunstmatige-intelligentie-halfgeleiderveld verder wordt verbeterd."

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Neuromorf geheugenapparaat simuleert neuronen en synapsen