Samsung se inspiră din creierul uman și lucrează la cipurile neuromorfe

Samsung este cu un pas mai aproape de realizarea cipurilor neuromorfe, care pot imita mult mai bine creierul.

Concepută de inginerii și cercetătorii de la Samsung și de la Universitatea Harvard, această perspectivă a fost subiectul unei lucrări științifice, intitulată „Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain” și publicată în Nature Electronics. Donhee Ham, partener al Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) și profesor al Universității Harvard, profesorul Hongkun Park al Universității Harvard, Sungwoo Hwang, președinte și CEO al Samsung SDS și fost șef al SAIT și Kinam Kim, vicepreședinte și CEO al Samsung Electronics sunt autorii acestei cercetări.

Esența viziunii propuse de acești autori este descrisă cel mai bine prin cele două cuvinte, „copy” și „paste”. Lucrarea descrie o modalitate de a copia harta conexiunilor neuronale a creierului, utilizând o matrice de nanoelectrozi descoperită și dezvoltată de Dr. Ham și Dr. Park și de a o lipi pe o rețea tridimensională cu densitate ridicată de memorii în stare solidă, tehnologie pentru care Samsung a fost lider mondial.

Prin această abordare de copiere și lipire, autorii intenționează să creeze un cip de memorie care să aproximeze trăsăturile unice de calcul ale creierului – putere redusă, învățare ușoară, adaptare la mediu și chiar autonomie și cunoaștere – care nu au fost la îndemâna tehnologiei actuale. 

Creierul este alcătuit dintr-un număr mare de neuroni, iar harta lor de cablare este responsabilă pentru funcțiile creierului. Astfel, cunoașterea hărții este cheia inversării ingineriei creierului.

Lansat în anii 1980, obiectivul inițial al ingineriei neuromorfe a fost acela de a imita o astfel de structură și funcție a rețelelor neuronale pe un cip de siliciu, însă acest lucru s-a dovedit a fi dificil de realizat, deoarece, chiar și în ziua de azi, se cunoaște prea puțin despre modul în care sunt conectați numărul mare de neuroni pentru a crea funcțiile superioare ale creierului. Astfel, scopul ingineriei neuromorfe a fost facilitat mai degrabă de proiectarea unui cip „inspirat” de creier, decât de imitarea lui riguroasă.

Această lucrare sugerează o modalitate de a reveni la obiectivul neuromorf original al ingineriei inverse a creierului. Matricea de nanoelectrozi poate intra efectiv într-un număr mare de neuroni, astfel încât să poată înregistra semnalele lor electrice cu sensibilitate ridicată. Aceste înregistrări intracelulare masiv paralele informează harta cablării neuronale, indicând locul în care neuronii se conectează între ei și intensitatea acestor conexiuni. Prin urmare, din aceste înregistrări revelatoare, harta cablării neuronale poate fi extrasă sau „copiată”.

Harta neuronală copiată poate fi apoi „lipită” într-o rețea de memorii nevolatile – precum memoriile comerciale de tip flash care sunt utilizate în viața noastră de zi cu zi ca unități de stocare fizice (SSD) sau memorii „noi”, precum memorii rezistive cu acces aleatoriu (RRAM) – prin programarea fiecărei memorii astfel încât conductanța sa să reprezinte puterea fiecărei conexiuni neuronale din harta copiată.

Lucrarea științifică merge mai departe și sugerează o strategie de a lipi rapid harta cablării neuronale pe o rețea de memorie. O rețea de memorii nevolatile special concepută pentru a învăța și exprima harta conexiunii neuronale, atunci când este condusă direct de semnalele înregistrate intracelular. Aceasta este o schemă care descarcă direct harta conexiunii neuronale a creierului pe cipul de memorie.

Deoarece creierul uman are aproximativ 100 de miliarde de neuroni și de aproximativ o mie de ori mai multe conexiuni sinaptice, cipul neuromorf final va permite 100 de trilioane de memorii. Integrarea unui număr atât de mare de memorii pe un singur cip ar fi posibilă prin integrarea 3D a memoriei, tehnologie proiectată de Samsung care a deschis o nouă eră în industria stocării de memorie.

Profitând de experiența sa de lider în fabricarea cipurilor, Samsung intenționează să își continue cercetările în ingineria neuromorfă, pentru a extinde conducerea Samsung în domeniul semiconductoarelor AI de generație următoare.

„Viziunea pe care o prezentăm este extrem de ambițioasă. Dar doar continuând să lucrăm spre atingerea unui astfel de obiectiv eroic vom reuși să împingem limitele inteligenței mașinilor, neuroștiințelor și tehnologiei semiconductoarelor”, a spus dr. Ham, partener al Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) și profesor al Universității Harvard.