Разработан транзистор, который имитирует работу синапсов человеческого мозга

Ученые французского исследовательского центра CEA-Leti EA-Leti разработали транзистор, который имитирует работу синапсов человеческого мозга, — инновация, которая, возможно, является наиболее близкой к имитации того, как работают нейроны мозга. Этот транзистор имеет много общего с человеческими синапсами: принцип работы, сверхнизкое энергопотребление и аналогичный уровень миниатюризации. Он открывает дверь в будущее с более мощными схемами, которые будут соответствовать потребностям искусственного интеллекта.

Транзистор, представленный ЦЭА-Лети, является аналоговым. Другими словами, вместо двух возможных состояний, открытого и закрытого, у него около 50 возможных состояний. Это позволяет ему воспроизводить работу синапсов. Синапсы действуют как связь между нейронами головного мозга, которые активируются, когда их синапсы зафиксировали определенное количество электрических импульсов. Такое поведение может имитировать транзистор с несколькими десятками состояний.

Потребление энергии, равное синапсу
Еще одно сходство между этим новым транзистором и синапсом заключается в том, что оба являются ионными. Транзистор использует ту же электрохимическую реакцию, что и в синапсе. В случае транзистора его канал состоит из оксида титана, по которому текут ионы лития. В зависимости от их количества они модулируют электронную проводимость канала.

Эта биотехнологическая функция позволяет транзистору устанавливать новые рекорды энергоэффективности: транзистор потребляет 1 фемтоджоуль на квадратный микрон, столько же, сколько синапс. Его энергопотребление до 100 раз меньше, чем у других компонентов, таких как резистивная память, которые в настоящее время используются для тех же приложений.

200-мм пластины и совместимость с CMOS
Этот новый транзисторный слой является ультратонким (толщиной 200 нм) и прочным (более 100 000 циклов). При интеграции в нейроморфную схему он добился отличных результатов во время эталонного теста распознавания изображений MNIST. CEA-Leti разработала транзистор с расчетом на массовое производство: он изготавливается на 200-мм пластинах с использованием технологий, совместимых с КМОП.

«Все эти элементы обнадеживают, но мы находимся только на первых этапах процесса оценки. Мы должны продолжать доводить транзистор до зрелости и обеспечивать всестороннюю оценку его долговечности и надежности», — объясняет Сами Оукасси из CEA-Leti.

Ориентация на глубокие нейронные сети
Как только транзистор будет полностью оценен и подтвержден, его низкое энергопотребление позволит интегрировать его в нейроморфные схемы. Эти схемы предназначены для распознавания изображений и голоса. На этапах обучения эти схемы используются интенсивно, и любая экономия с точки зрения энергопотребления особенно ценна в этот момент. CEA-Leti подала три патентных заявки на защиту этой многообещающей технологии.