Tehnologija se sve više približava svetu super-brzine računarstva sa veštačkom inteligencijom. Ali da li je svet opremljen odgovarajućim hardverom da bi mogao da se nosi sa opterećenjem novih tehnoloških otkrića AI?
„Kodovi revolucije veštačke inteligencije inspirisani mozgom uglavnom se pokreću na konvencionalnim silikonskim računarskim arhitekturama, koje nisu dizajnirane za to“, objašnjava Erika Karlson, profesor fizike i astronomije na 150. godišnjici Univerziteta Purdue.
U zajedničkom naporu između fizičara sa Univerziteta Purdue, Univerziteta Kalifornije u San Dijegu (USCD) i Ecole Superieure de Phisikue et de Chimie Industrielles (ESPCI) u Parizu, Francuska, istraživači veruju da su možda otkrili način za preradu hardvera oponašanjem sinapse ljudskog mozga. Oni su objavili svoje nalaze, „Prostorno raspoređena memorija preokretanja rampe u VO 2“, u izdanju Napredni elektronski materijali.
Nove paradigme u hardveru biće neophodne da bi se nosile sa složenošću budućih napretka u računarstvu. Prema Karlsonu, vodećem teoretskom naučniku ovog istraživanja, „neuromorfne arhitekture obećavaju procesore sa nižom potrošnjom energije, poboljšano računanje, fundamentalno različite računarske načine, prirodno učenje i poboljšano prepoznavanje obrazaca“.
Neuromorfna arhitektura se u osnovi svodi na kompjuterske čipove koji oponašaju ponašanje mozga. Neuroni su ćelije u mozgu koje prenose informacije. Neuroni imaju male praznine na svojim krajevima koji omogućavaju da signali prolaze sa jednog neurona na drugi koji se nazivaju sinapse. U biološkim mozgovima, ove sinapse kodiraju memoriju. Ovaj tim naučnika zaključuje da oksidi vanadijuma pokazuju ogromno obećanje za neuromorfno računarstvo jer se mogu koristiti za pravljenje i veštačkih neurona i sinapsi. U ovom videu, Carlson i Zimmers govore o uzbudljivom polju neuromorfnih kvantnih materijala. Kredit: Kuantum Coffee House
„Disonanca između hardvera i softvera je poreklo enormno visokih troškova energije za obuku, na primer, velikih jezičkih modela kao što je ChatGPT“, objašnjava Karlson. „Nasuprot tome, neuromorfne arhitekture obećavaju nižu potrošnju energije oponašajući osnovne komponente mozga: neurone i sinapse. Dok je silicijum dobar u skladištenju memorije, materijal se ne može lako ponašati kao neuron.
„Na kraju, da bi se obezbedila efikasna, izvodljiva neuromorfna hardverska rešenja potrebno je istraživanje materijala sa radikalno drugačijim ponašanjem od silikona — onih koji mogu prirodno da oponašaju sinapse i neurone. Nažalost, konkurentne potrebe dizajna veštačkih sinapsi i neurona znače da većina materijala koji čine dobre sinaptore neuspjeh kao neuristor, i obrnuto. Samo nekoliko materijala, od kojih su većina kvantni materijali, imaju dokazanu sposobnost da rade i jedno i drugo.“
Tim se oslanjao na nedavno otkriveni tip nepromjenjive memorije koja je vođena ponovljenim parcijalnim ciklusom temperature kroz prelaz od izolatora do metala. Ova memorija je otkrivena u oksidima vanadijuma.
Aleksander Zimers, vodeći eksperimentalni naučnik sa Univerziteta Sorbona i Ecole Superieure de Phisikue et de Chimie Industrielles, Pariz, objašnjava: „Samo nekoliko kvantnih materijala su dobri kandidati za buduće neuromorfne uređaje, tj. oponašaju veštačke sinapse i neurone. Po prvi put, u jednom od njih, vanadijum dioksidu, možemo optički videti šta se menja u materijalu dok on funkcioniše kao veštačka sinapsa.Otkrivamo da se memorija akumulira u celom uzorku, otvarajući nove mogućnosti kako i gde kontrolisati ovo svojstvo. “
„Mikroskopski video snimci pokazuju da iznenađujuće, ponavljano napredovanje i povlačenje metalnih i izolatorskih domena uzrokuje da se memorija akumulira u celom uzorku, a ne samo na granicama domena“, objašnjava Karlson. „Memorija se pojavljuje kao pomeranja lokalne temperature na kojoj materijal prelazi iz izolatora u metal nakon zagrevanja, ili iz metala u izolator nakon hlađenja. Predlažemo da se ove promene u lokalnoj prelaznoj temperaturi akumuliraju zbog preferencijalne difuzije tačkastih defekata u metalni domeni koji su isprepleteni kroz izolator dok se materijal kruži na delu prelaza.“
Sada kada je tim ustanovio da su oksidi vanadijuma mogući kandidati za buduće neuromorfne uređaje, planiraju da krenu napred u sledećoj fazi svog istraživanja.
„Sada kada smo uspostavili način da vidimo unutrašnjost ovog neuromorfnog materijala, možemo lokalno da podesimo i posmatramo efekte, na primer, jonskog bombardovanja na površini materijala“, objašnjava Zimmers. „Ovo bi nam moglo omogućiti da vodimo električnu struju kroz određene regione u uzorku gde je memorijski efekat na svom maksimumu. Ovo ima potencijal da značajno poboljša sinaptičko ponašanje ovog neuromorfnog materijala.“
