그 디자인은 소형 휴대형 AI 기기의 개발을 앞당길 수 있다.

날짜:
2020년 6월 8일
출처:
매사추세츠 공과대학교
요약:.
엔지니어들은 색종이 조각보다 작은 '브레인 온 어 칩'을 설계했는데, 이것은 멤리스터라고 알려진 수만 개의 인공 뇌 시냅스 - 인간의 뇌에서 정보를 전달하는 시냅스를 모방하는 실리콘 기반의 성분으로 만들어졌다.

MIT 엔지니어들은 "브레인 온 어 칩(brain-on-a-chip)"을 설계했는데, 이는 멤리스터라고 알려진 수만 개의 인공 뇌 시냅스 - 인간의 뇌에서 정보를 전달하는 시냅스를 모방하는 실리콘 기반의 성분으로 만들어진다.

연구원들은 각 멤리스터를 실리콘과 함께 은과 구리의 합금에서 짜내기 위해 야금의 원리에서 차용했다. 그들이 여러 시각적 작업을 통해 칩을 작동시켰을 때, 칩은 저장된 이미지를 "기억"하고 그것들을 여러 번 재생산할 수 있었는데, 이는 비합리적인 요소들로 만들어진 기존의 멤리스터 디자인에 비해 더 선명하고 깨끗한 버전이었다.

오늘 네이처 나노테크놀로지 저널에 게재된 그들의 결과는 뇌 신경 구조를 모방하는 방식으로 정보를 처리하는 새로운 유형의 회로를 기반으로 하는 신경동형 장치에 대한 유망한 새로운 멤리스터 설계를 보여준다. 이러한 뇌에서 영감을 받은 회로는 소형 휴대용 기기에 내장될 수 있으며, 오늘날의 슈퍼컴퓨터만이 처리할 수 있는 복잡한 연산 작업을 수행할 수 있다.

"지금까지 인공 시냅스 네트워크는 소프트웨어로서 존재한다. 김지환 MIT 기계공학과 부교수는 "휴대형 인공지능(AI) 시스템을 위한 실제 신경망 하드웨어를 구축하기 위해 노력하고 있다"고 말했다.에르넷. 우리는 에너지 효율이 높은 멤리스터를 사용하여 현장에서, 실시간으로 이러한 작업을 수행하기를 희망한다."

유랑 이온

멤리스터, 즉 메모리 트랜지스터는 신경동형 컴퓨팅에서 필수적인 요소다. 신경동형 소자에서, 멤리스터는 회로의 트랜지스터 역할을 할 것이다. 비록 그 작용이 뇌 시냅스와 더 밀접하게 유사할 지라도, 두 뉴런 사이의 결합인 것이다. 시냅스는 하나의 뉴런으로부터 이온의 형태로 신호를 수신하고, 다음 뉴런으로 해당 신호를 보낸다.

재래식 회로의 트랜지스터는 0과 1이라는 두 값 중 하나만 전환하여 정보를 전송하고, 수신하는 신호가 전류의 형태로 특정 강도에 있을 때만 그렇게 한다. 이와는 대조적으로, 멤리스터는 뇌의 시냅스처럼 경사를 따라 일을 할 것이다. 그것이 생성하는 신호는 그것이 받는 신호의 강도에 따라 달라질 것이다. 이를 통해 단일 멤리스트는 많은 값을 가질 수 있으며, 따라서 이진 트랜지스터보다 훨씬 광범위한 작업을 수행할 수 있다.

뇌 시냅스처럼, 멤리스터는 또한 주어진 전류 강도와 관련된 값을 "기억"할 수 있고, 다음에 비슷한 전류를 받을 때 정확히 같은 신호를 생성할 수 있을 것이다. 이렇게 하면 복잡한 방정식에 대한 답이나 물체의 시각적 분류는 신뢰할 수 있으며, 일반적으로 다중 트랜지스터와 캐패시터를 수반하는 위업이다.

궁극적으로, 과학자들은 멤리스터가 기존의 트랜지스터보다 훨씬 적은 칩 부동산을 필요로 할 것이며, 슈퍼컴퓨터나 심지어 인터넷 연결에 의존하지 않는 강력하고 휴대용 컴퓨터 장치를 가능하게 할 것이라고 예상한다.

그러나 기존의 멤리스터 설계는 성능이 제한적이다. 단일 멤리스터는 양극과 음극 전극으로 만들어지며, "전환용 매체" 또는 전극 사이의 공간에 의해 분리된다. 하나의 전극에 전압을 가하면, 그 전극에서 나온 이온이 매체를 통해 흐르면서 다른 전극에 "전도가 채널"을 형성한다. 수신된 이온은 멤리스터가 회로를 통해 전송하는 전기 신호를 구성한다. 이온 채널의 크기(그리고 멤리스터가 궁극적으로 만들어내는 신호)는 자극 전압의 강도에 비례해야 한다.

기존 멤리스터 설계는 전압이 큰 전도 채널을 자극하거나 한 전극에서 다른 전극으로 이온의 무거운 흐름을 자극하는 경우 꽤 효과가 있다고 김 교수는 말한다. 그러나 이러한 설계는 memistor가 더 얇은 전도 채널을 통해 미분법 신호를 생성해야 할 때 신뢰성이 떨어진다.

전도 채널이 얇을수록, 한 전극에서 다른 전극으로 이온의 흐름이 가벼울수록 개별 이온이 함께 머무르기 어렵다. 대신 그들은 집단에서 떠돌며 매체 내에서 해산하는 경향이 있다. 그 결과 수신 전극이 같은 수의 이온을 안정적으로 포획하기 어려워 일정한 낮은 범위의 전류로 자극을 받으면 동일한 신호를 전송하기 어렵다.

야금에서 차입

김씨와 그의 동료들은 금속을 합금으로 혼합하는 과학인 야금 기술을 빌리고 그들의 결합 성질을 연구함으로써 이러한 한계를 극복하는 방법을 찾았다.

"전통적으로, 야금학자들은 물질을 강화하기 위해 서로 다른 원자들을 대량 매트릭스에 넣으려고 노력하는데, 우리는 멤리스터의 원자 상호작용을 조절하고, 매개체에서 이온의 움직임을 조절하기 위해 합금 원소를 첨가하는 것이 어떨까 생각했다"고 김씨는 말한다.