Электроника: эра кошачьих

Ученые из университета Мичигана под руководством компьютерного инженера Вэя Лу (Wei Lu) разрабатывают компьютерную систему, которая сможет обучаться, распознавать информацию, принимать сложные решения и выполнять одновременно множество задач. По словам ученых, они отказались от старой парадигмы при создании компьютера нового типа и фактически следуют плану, разработанному природой при создании мозга млекопитающих.

Кошка распознает лица быстрее самого мощного на сегодняшний день суперкомпьютера, при том что ее мозг по своему строению проще человеческого. Поэтому мозг кошки был выбран разработчиками в качестве модели новой вычислительной системы. Тем не менее, создание электронного аналога мозга кошачьих является достаточно сложной задачей. Ожидается, что эффективность новой системы будет выше, чем у современных суперкомпьютеров, а скорость ее работы будет сравнима с мозгом кошки.

Ранее группой разработчиков под руководством Вэя Лу был создан мемристор, который работает как синапсы в мозге млекопитающих и является аналогом транзистора. Мемристор хранит информацию о прошедших через него электрических сигналах. Теперь ученые показали, что мемристор может соединять электрические цепи и, таким образом, обеспечивать процесс обучения и запоминания в суперкомпьютере – по аналогии с биосистемами. Работа исследователей опубликована в журнале Nano Letters, сообщает PhysOrg.

В мозге млекопитающих нейроны связываются между собой с помощью синапсов, которые работают как переключатели в электрических цепях и способны «запоминать» пути к нейронам. В современном компьютере функции логики и памяти расположены в разных частях цепи, и каждая единица связана только с соседними. Поэтому операции в таких электронно-вычислительных системах выполняются последовательно, по очереди, что замедляет работу системы при более сложных командах, поступающих параллельно.

В мозге млекопитающих операции по обработке информации выполняются одновременно или параллельно, что позволяет, к примеру, быстро распознавать визуальные объекты. Чтобы достичь подобного эффекта в искусственной системе, ученые соединили мемристор с двумя электрическими цепями и показали, что такая система способна обучаться и запоминать информацию – процесс получил название «гибкость, резко зависящая от времени» (spike timing dependent plasticity). Предполагается, что данный принцип лежит в основе процессов запоминания и обучения в мозге млекопитающих.

Следующим этапом, как планируют ученые, будет создание более сложной системы, в основу которой будет положен тот же принцип. Предполагается, что будущий электронный аналог мозга кошки будет помещаться в двухлитровый контейнер.