Ľudský mozog je, vďaka svojej unikátnej štruktúre neurónov a synapsií, považovaný za najlepší procesor na svete. Dôkazom je aj fakt, že sa ním inšpiruje mnoho inžinierov a vedcov, ktorí sa snažia jeho činnosť napodobniť pri výrobe nových výkonných počítačov.

Umelé synapsie sú lepšie, ako tie biologické

Ako upozorňuje portál NewAtlas, najnovšie sa týmito štruktúrami nechal inšpirovať tím vedcov z MIT na čele s Muratom Onenom. Tí totiž vyvinuli úplne nový typ umelej synapsie, ktorá je nielen extrémne rýchla pri spracovaní dát, ale aj mimoriadne energeticky účinná.

freepik

Biologické synapsie slúžia na prenos vzruchov z bunky do bunky. Ide o miesto spojenia medzi dvoma neurónmi, alebo medzi neurónmi a inými bunkami. V dnešnej dobe sú navyše považované za jednotku aktivity mozgu.

To však ešte neznamená, že nedokážeme vytvoriť synapsie, ktoré by boli mnohonásobne lepšie a energeticky efektívnejšie. Dôkazom je aj nová štúdia publikovaná v žurnále Science, v ktorej vedci vytvorili umelú synapsiu (rezistor), ktorá je 1000-krát menšia a až 10 000-krát rýchlejšia, ako tá biologická, píše portál NewScientist.

Zariadenie napodobňuje ľudský mozog

Mnoho modelov strojového učenia sa spolieha na neustále narastajúci výpočtový výkon. Ten si však vyžaduje obrovské množstvo energie, čo zasa produkuje obrovské množstvo tepla. Jedným z navrhovaných riešení je tzv. analógové strojové učenie, ktoré funguje podobne, ako ľudský mozog. Tieto analógové riešenia ale doposiaľ neboli dostatočné rýchle a oproti digitálnemu strojovému učeniu vykazovali iba malú efektivitu.

Pixabay

Všetko ale mení nový typ programovateľného rezistoru, ktorý je stavebným kameňom analógových procesorov. Samotný rezistor funguje podobne ako synpasia, pričom umožňuje prechod protónov a zároveň blokuje prechod elektrónov.

Presnejšie je rezistor navrhnutý tak, aby umožňoval prechod najmenším iónom, teda protónom, pretože tie sa dokážu pohybovať neuveriteľnou rýchlosťou. Na rozdiel od predchádzajúcich zariadení, nový rezistor disponuje pevným elektrolytom vyrobeným fosfosilikátového skla (PSG). Ukázalo sa totiž, že tento anorganický materiál má pri izbovej teplote veľkú protónovú vodivosť vďaka svojim miniatúrnym pórom o veľkosti niekoľko nanometrov, cez ktoré protóny prechádzať dokážu, ale elektróny už nie.

Vzhľadom na to, že PSG nevodí elektróny, cez protónovú umelú synapsiu prechádza len veľmi málo prúdu. Nedochádza tak k jej prehrievaniu, nevzniká takmer žiadne zbytočné teplo a ušetrí sa tým značné množstvo energie.

Ak je potom na toto zariadenie aplikované elektrické pole so silou 10 V, protóny prefrčia cez umelú synapsiu rýchlosťou blesku. Vo výsledku je potom tento rezistor až miliónkrát rýchlejší, ako predchádzajúce zariadenia určené na transport protónov.

Ešte sme len na začiatku

Samozrejme, pre vytvorenie praktického analógového strojového učenia bude potrebné vytvoriť systém obsahujúci niekoľko miliónov takýchto rezistorov, čo bude poriadna výzva. Hlavný autor štúdie síce pripúšťa, že vytvorenie takéhoto systému nebude jednoduché, avšak upozorňuje, že jeho zariadenie, respektíve všetky použité materiály v tomto zariadení, sú kompatibilné s kremíkom, čo by malo uľahčiť jeho integráciu do existujúcej počítačovej architektúry.

Dôležité tiež je, že zariadenie vydrží pohromade milióny cyklov a nedochádza k jeho opotrebeniu, čo sa o predchádzajúcich systémoch nedá povedať.

Odborník Pavel Borisov, ktorý sa štúdie nezúčastnil, uvádza, že ide o nesmierne pôsobivú technológiu, ktorá ma však jednu chybu. Samotné protóny, ktoré prechádzajú cez umelú synapsiu, totiž pochádzajú z plynného vodíka, čo pre škálovanie tejto technológie, aj vzhľadom na bezpečnosť, nie je ideálne.