Washington Eyalet Üniversitesi’ndeki araştırmacılar inşa etti kavram kanıtı cihazı Bu, olası olmayan bir ortamdan inşa edilen nöromorfik hesaplama için çok önemli devrelerden birini – memristörü – içerir: bal. Araştırmacılar, araştırmalarının, geleneksel bilgi işlem mimarilerinden çok daha verimli olan biyolojik olarak parçalanabilen, sürdürülebilir, organik tabanlı bilgi işlem sistemlerinin yolunu açacağını umuyorlar.
Cihazı inşa etmek için araştırmacılar, gerçek, arı kaynaklı balı, beyninizin sinapslarının nöron çiftleri arasında nasıl uzandığına benzer şekilde, iki metal elektrot arasında tutulan katı bir formda işlediler. Cihaz daha sonra biyolojik muadillerinin 100 ile 500 nanosaniye arasında değişen hızlarda hızlı bir şekilde açılıp kapanma kabiliyeti açısından test edildi ve başarılı oldu.
WSU Mühendislik ve Bilgisayar Bilimleri Okulu’ndan doçent Feng Zhao, duyuruda, “Bu, basit bir yapıya sahip çok küçük bir cihaz, ancak bir insan nöronuna çok benzer işlevlere sahip” dedi. “Bu, eğer entegre edebilirsek anlamına gelir. Milyonlarca veya milyarlarca bu bal memristörleri bir araya geldiğinde, insan beyni gibi işlev gören nöromorfik bir sisteme dönüştürülebilirler.”
Nöromorfik hesaplama, teknolojik ve biyolojik evrim arasındaki kavşakta duruyor. Nöromorfik tasarımlar, hem hesaplama kabiliyetinde hem de güç verimliliğinde büyük gelişmelerin kilidini açmak için beynimizin nöronlarının ve sinapslarının (milyonlarca yıllık evrim boyunca geliştirilen) işleyişini taklit etmeyi amaçlar. Verimlilikteki uçsuz bucaksız fark küçümsenemez: dünyanın en güçlü süper bilgisayarı, Japonya’nın Arm tabanlı Fugaku, ortalama 28 milyon watt tüketiyor. Evet, beynimizin çözemediği sorunları çözebilir; ama bunun tersi de doğrudur. Modern bilgisayarlar, tahmini olarak 10 W ila 20 W güç tüketirken, bilinen bilgileri yeni yollarla birleştirme yeteneğinden (en azından kısmen) gelen yaratıcılık kıvılcımından hala yoksundur. Verileri hem işleme hem de saklama yetenekleriyle memristörler, karşılaştırılabilir verimlilik seviyelerine ulaşmak için anahtardır.
Günümüzün en iyi oyun bilgisayarları gibi geleneksel sistemler, aynı adı taşıyan yaratıcısı tarafından 1945’te önerilen bir hesaplama mimarisi olan Von Neumann tasarımına dayanmaktadır. Bunlar, bilgi işlem sisteminin bir çıktı ortamının (bilgisayar monitörünüz gibi) yanında klavye, fare veya dokunmatik ekran gibi giriş mekanizmalarıyla tasarlanmasını gerektirir. Ve girdileri işlemek ve istenen çıktıya dönüştürmek için, Von Neumman mimarileri, bir CPU ve dahili önbellekler (sadece yıllar geçtikçe boyutları artan) ve harici bellek bankaları (örn. VERİ DEPOSU). Bu onların hem ara hem de nihai hesaplama sonuçlarını ve ayrıca CPU’nun transistörlerini iş yükleri boyunca yönlendiren önemli talimat setlerini saklamalarına izin verir.
Bilgi işlem öğelerini depolamadan ayıran fiziksel mesafe, hem performans hem de güç verimliliği cezalarına neden olur. Bunlar, yalnızca verilerin alınması gereken mesafeyi artırır; bu, depolama ve depolama arasındaki mesafeyi azaltmayı amaçlayan CPU içi önbelleklerin (AMD’nin 3D V-Önbelleğinin uygun bir örnek teşkil ettiği) geliştirilmesinin nedenlerinden biridir. hesaplama elemanları.
Araştırmacılar, proteinler, şekerler ve diğer organik bileşikler gibi meristör tasarımına aday olarak çok sayıda organik materyali incelerken, bal en umut verici özellikleri sundu.
“Bal bozulmaz,” dedi Zhao. “Çok düşük bir nem konsantrasyonuna sahip, bu yüzden bakteriler içinde yaşayamıyor. Bu, bu bilgisayar çiplerinin çok uzun süre çok kararlı ve güvenilir olacağı anlamına geliyor.”
Potansiyel bal bazlı nöromorfik sistemlerin bir diğer önemli unsuru, eski veya kusurlu silikon bazlı elektroniklerden kaynaklanan tonlarca elektronik atığı kesmeye yardımcı olacak aşırı biyolojik olarak parçalanabilirlikleridir.
Zhao, “Baldan yapılmış bilgisayar çiplerini kullanarak cihazları elden çıkarmak istediğimizde, onları suda kolayca çözebiliriz,” diye devam etti Zhao. “Bu özel özellikleri nedeniyle bal, yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilen nöromorfik sistemler oluşturmak için çok kullanışlıdır.” Bu, yalnızca elektronik cihazların üzerine kahve dökmeyi kişisel bir spor haline getirecek kadar talihsiz olan bizler için değil, aynı zamanda bu çözümlerin daha az kontrol edilebilir ortamlarda nihai olarak konuşlandırılabilirliği için de zorluklar doğuruyor.
Bununla birlikte, bal bazlı memristor yaklaşımı üzerinde yapılması gereken işler var. Bir sonraki araştırma hedeflerinden biri, bilgi işlem öğesini daha da küçültmektir. Mevcut tasarım mikro ölçekte (yaklaşık bir insan saçı boyutunda) dururken, ekip göreceli boyutunu nano ölçeğe (yaklaşık 1/1.000 daha küçük) indirmeyi hedefliyor. Bu ölçeklendirme gereksinimini atlatmak mümkün değil: sadece nano ölçekte cihazlar, faydalı nöromorfik sistemler için gerekli görülen bu hesaplama öğelerinden milyonlarca hatta milyarlarca tutabilecek.
Araştırma umut verici olsa da, sonunda giderek daha fazla tehlike altında dünya çapındaki arı popülasyonu Ancak yine de, bal tabanlı nöromorfik bilgi işlem sistemlerini dağıtma yeteneğinin kaybından çok daha zorlu zorluklarla karşı karşıya kalacağız.
