Масштабируемые нейроморфные чипы: мозгоподобные, ультра-малоэнергопотребляющие CMOS-компоненты

Исследователи из Корейского передовика науки и технологий (KAIST) изготовили мозгоподобное высокомасштабируемое нейроморфное оборудование путем ко-интеграции однотранзисторных нейронов и синапсов. Используя стандартную кремниевую CMOS-технологию, нейроморфное оборудование ожидается снизить стоимость чипа и упростить производственные процедуры.

Нейроморфное оборудование привлекло большое внимание благодаря своим функциям искусственного интеллекта, потребляя ультра-мало энергию за счет имитации человеческого мозга. Для работы нейроморфного оборудования необходимы нейрон, генерирующий спайк при интеграции определенного сигнала, и синапс, запоминающий связь между двумя нейронами, как в биологическом мозге. Однако, поскольку нейроны и синапсы, построенные на цифровых или аналоговых схемах, занимают большую площадь, существует предел в терминах аппаратной эффективности и затрат. Поскольку человеческий мозг состоит примерно из 10¹¹ нейронов и 10¹⁴ синапсов, необходимо улучшить аппаратную стоимость для применения в мобильных и IoT-устройствах.

Для решения проблемы исследовательская команда имитировала поведение биологических нейронов и синапсов с помощью одного транзистора и ко-интегрировала их на 8-дюймовой пластине. Произведенные нейроморфные транзисторы имеют такую же структуру, как транзисторы для памяти и логики, которые сейчас массово производятся. Кроме того, нейроморфные транзисторы впервые доказали, что они могут быть реализованы со «структурой Януса», функционирующей как и нейрон, и синапс, как у монет есть орел и решка.

Профессор Ян-кью Чой сказал, что эта работа может драматически снизить аппаратную стоимость, заменяя нейроны и синапсы, основанные на сложных цифровых и аналоговых схемах, на один транзистор. «Ко-интегрируя однотранзисторные нейроны и синапсы на одной пластине с использованием стандартного CMOS-процесса, аппаратная стоимость нейроморфного оборудования была улучшена, что ускорит коммерциализацию нейроморфного оборудования», — сказал Чжун-кью Хан, первый автор.