Ny form for hukommelse kunne fremme hjerne-inspirerede computere

En ny form for computerhukommelse kan hjælpe maskiner med at matche den menneskelige hjernes evner, når det kommer til opgaver som fortolkning af billeder eller videooptagelser.

En faseskiftehukommelseschip, der lærer at genkende håndskrevne tal ved at simulere et netværk af neuroner, testes i IBMs Almaden Research Center nær San Jose, Californien.

Forskere ved IBM brugte det, der er kendt som faseændringshukommelse til at bygge en enhed, der behandler data på en måde inspireret af en biologisk hjernes virkemåde. Ved hjælp af en prototype faseændringshukommelseschip konfigurerede forskerne systemet til at fungere som et netværk af 913 neuroner med 165.000 forbindelser eller synapser imellem dem. Styrken af ​​disse forbindelser ændrer sig, efterhånden som chippen behandler indgående data og ændrer, hvordan de virtuelle neuroner påvirker hinanden. Ved at udnytte den egenskab fik forskerne systemet til at lære at genkende håndskrevne tal.

Faseændringshukommelse forventes at komme på markedet i løbet af de næste par år. Den kan skrive information hurtigere og pakke den tættere end den hukommelse, der bruges i computere i dag (se En forhåndsvisning af fremtidige diskdrev). En faseskiftehukommelseschip består af et gitter af celler, der hver kan skifte mellem to tilstande for at repræsentere en digital informationsbit - en en eller a 0 . I IBMs eksperimentelle system er hver synapse repræsenteret af et par hukommelsesceller, der arbejder sammen.

Dataloger har i nogen tid arbejdet på chips, der groft efterligner neuroner og synapser. Sådanne neuromorfe designs er radikalt forskellige fra de chips, vi bruger i dag. Men de lover at lave computere, der er effektive til opgaver, computere normalt finder udfordrende, såsom at lære af erfaring eller forstå video (se Thinking in Silicon).

Tidligere i år annoncerede IBM den hidtil mest komplekse neuromorfe chip (se IBM-chip behandler data på samme måde som din hjerne gør). Det blev lavet ved hjælp af de teknikker og komponenter, der blev brugt til at bygge smartphone-processorer.

Det eksperimentelle system, der blev annonceret af IBM-forskere i denne uge, er meget mindre kraftfuldt end den chip. Men det faktum, at det nye systems 165.000 synapser er lavet ved hjælp af faseskiftehukommelse er væsentligt, siger Geoff Burr, en forsker ved IBMs Almaden Research Center i San Jose, Californien.

Faseændringshukommelse menes at være særligt velegnet til neuromorfe computersystemer, fordi den lagrer data så tæt, hvilket gør det muligt at skabe hjerneinspirerede systemer med mange flere synapser, siger Burr. Faseændringshukommelse er også nemmere at omprogrammere. Det gør det praktisk at bygge et neuromorfisk system, der er i stand til at lære ved at justere dets adfærd, efterhånden som det tilføres nye data.

Tidligere bestræbelser på at bruge faseændringshukommelse til at bygge neuromorfe systemer har været beskedne med 100 synapser eller mindre, siger Burr. Det nye system, der er bygget sammen med kolleger fra IBM og Pohang University of Science and Technology i Korea, er mere end 1.000 gange så stor. Et papir om deres resultater blev præsenteret på Internationalt møde for elektronenheder i San Francisco tidligere på måneden.

Holdet var i stand til at lave et meget større system, fordi det udviklede teknikker til at måle og kompensere for den naturlige variabilitet i ydeevnen af ​​hver enhed af faseændringshukommelse. Lignende variation påvirker de konventionelle hukommelseschips i vores telefoner og computere i dag, men fejlkontrolmetoder er mere avancerede for disse enheder.

Efter at have fået vist 5.000 mærkede billeder af håndskrevne cifre fra et standardiseret datasæt, kunne forskernes chip genkende håndskrevne cifre, den aldrig havde set før med en nøjagtighed på 82 procent. Burr siger, at en nylig justering af hans teams fejlkompensationsmetoder skulle tillade nøjagtigheden at klatre til tæt på 99 procent.

Eugenio Culurciello , en professor ved Purdue University, der arbejder på neuromorfe chipdesigns, siger, at faseændringshukommelse kunne forbedre neuromorfe designs på interessante måder. Han bemærker dog, at ingeniører er på de tidlige stadier af at forstå, hvordan man skaber hjerne-stil chips. De her ting er stadig lidt eksotiske, siger han.

skjule