Peneliti Mengembangkan Komponen untuk Komputer Neuromorfik

Titik konversi otak disimulasikan dengan gelombang magnet, yang secara khusus dihasilkan dan dibagi oleh proses nonlinier menjadi cakram pusaran kecil secara mikroskopis. Kredit: HZDR / Sahneweiß / H. Schultheiß

Jaringan saraf adalah beberapa alat terpenting dalam kecerdasan buatan (AI): mereka meniru fungsi otak manusia dan dapat dengan andal mengenali teks, bahasa, dan gambar, dan masih banyak lagi. Hingga saat ini, mereka bekerja dengan prosesor tradisional dalam bentuk perangkat lunak adaptif, tetapi para ahli sedang mengerjakan konsep alternatif, “komputer neuromorfik”. Dalam hal ini, titik peralihan otak – neuron – tidak disimulasikan oleh perangkat lunak tetapi direkonstruksi menjadi komponen perangkat keras. Sebuah tim peneliti di Helmholtz Center Dresden-Rossendorf (HZDR) sekarang telah mendemonstrasikan pendekatan baru untuk perangkat keras tersebut – gelombang magnet bertarget yang dihasilkan dan dibagi menjadi tabung berukuran mikrometrik. Melihat ke masa depan, ini berarti bahwa pekerjaan pengoptimalan dan pengenalan model dapat diselesaikan lebih cepat dan lebih hemat energi. Para peneliti mempresentasikan hasil mereka di jurnal Surat Review Fisik.

Tim mendasarkan penyelidikan mereka pada cakram kecil dari bahan besi-nikel magnet, dengan lebar beberapa mikrometer. Sebuah cincin emas ditempatkan di sekitar piringan ini: Ketika arus bolak-balik dalam kisaran gigahertz melewatinya, ia memancarkan gelombang mikro yang menggairahkan apa yang disebut gelombang putaran dalam piringan. “Elektron dalam besi nikel menunjukkan rotasi, semacam berputar di tempat yang mirip dengan gasing,” jelas Helmut Schultheiß, kepala kelompok “Magnonics” Emmy Noether di HZDR. “Kami menggunakan gelombang gelombang mikro untuk mengeluarkan elektron sedikit dari jalur.” Elektron kemudian mengirimkan gangguan ini ke tetangganya masing-masing – yang menyebabkan gelombang rotasi menembak melalui material. Informasi dapat diangkut dengan sangat efisien dengan cara ini tanpa harus memindahkan elektron itu sendiri, yang terjadi pada chip komputer saat ini.

Kembali pada tahun 2019, kelompok Schultheiß menemukan sesuatu yang luar biasa: dalam keadaan tertentu, gelombang spin yang dihasilkan dalam pusaran magnet dapat dibagi menjadi dua gelombang, masing-masing dengan frekuensi yang berkurang. “Apa yang disebut efek nonlinear bertanggung jawab untuk ini,” jelas rekan Schultheiß Lukas Körber. “Mereka diaktifkan hanya ketika daya gelombang mikro yang dipancarkan melewati ambang tertentu.” Perilaku seperti itu menunjukkan gelombang spin sebagai kandidat yang menjanjikan untuk neuron buatan karena ada kesamaan yang mencolok dengan fungsi otak: neuron ini hanya bekerja ketika ambang stimulus tertentu telah dilewati.

Aku tidak bercanda

Namun pada awalnya, para ilmuwan tidak dapat mengontrol pembagian gelombang spin dengan sangat tepat. Körber menjelaskan alasannya: “Saat kami mengirim gelombang mikro ke disk, ada penundaan waktu sebelum gelombang rotasi dibagi menjadi dua gelombang baru. Dan itu sulit dikendalikan. ”Jadi, tim harus memikirkan jalan keluar dari masalah tersebut, yang sekarang mereka gambarkan dalam Physical Review Letters: Selain cincin emas, sebuah strip magnetis kecil dipasang. dekat wafer magnetik Sinyal gelombang mikro pendek menghasilkan gelombang rotasi pada strip ini yang dapat berinteraksi dengan gelombang rotasi pada wafer dan dengan demikian bertindak sebagai semacam tipuan. membuat gelombang di wafer terbelah lebih cepat. “Sinyal tambahan yang sangat singkat cukup untuk membuat perpecahan terjadi lebih cepat,” jelas Körber. “Ini berarti kita sekarang dapat mengaktifkan proses dan mengontrol waktu tunda.” .

Ini juga berarti bahwa, pada prinsipnya, telah ditunjukkan bahwa sel gelombang spin cocok untuk neuron perangkat keras buatan – mereka berubah mirip dengan sel saraf di otak dan dapat dikontrol secara langsung. “Hal berikutnya yang ingin kami lakukan adalah membangun jaringan kecil dengan neuron gelombang spin kami,” kata Helmut Schultheiß. “Jaringan neuromorfik ini kemudian harus melakukan aktivitas sederhana karena mengenali pola sederhana.”

Pengenalan wajah dan pengoptimalan lalu lintas

Pengenalan pola adalah salah satu aplikasi utama AI. Pengenalan wajah di smartphone, misalnya, menghindari kebutuhan akan kata sandi. Agar berfungsi, jaringan saraf harus dibentuk terlebih dahulu, yang menyiratkan daya komputasi yang sangat besar dan data dalam jumlah besar. Produsen smartphone mentransfer jaringan ini ke chip khusus yang kemudian diintegrasikan ke dalam ponsel. Namun chip tersebut memiliki kelemahan. Itu tidak adaptif, jadi Anda tidak bisa mengenali wajah yang memakai topeng Covid, misalnya.

Komputer neuromorfik, di sisi lain, juga dapat menghadapi situasi seperti ini: tidak seperti chip konvensional, komponennya tidak terhubung ke kabel tetapi berfungsi seperti sel saraf di otak. “Karena itu, komputer neuromorfik dapat memproses data dalam jumlah besar sekaligus, seperti manusia – dan dengan sangat efisien secara energetik,” kata Schultheiß. Selain pengenalan model, jenis komputer baru juga dapat berguna di bidang lain yang relevan secara ekonomi: untuk aktivitas pengoptimalan seperti perencana rute ponsel cerdas presisi tinggi.

Referensi:

“Stimulasi Nonlokal dari Pemisahan Tiga Magnon dalam Pusaran Magnetik” oleh L. Körber, K. Schultheiss, T. Hula, R. Verba, J. Fassbender, A. Kákay, dan H. Schultheiss, 12 November 2020, Surat Review Fisik.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.207203

“Eksitasi Magnon Galeri Berbisik dalam Pusaran Magnetik” oleh K. Schultheiss, R. Verba, F. Wehrmann, K. Wagner, L. Körber, T. Hula, T. Hache, A. Kákay, AA Awad, V. Tiberkevich , AN Slavin, J.Fassbender dan H. Schultheiss, 5 Maret 2019, Surat Review Fisik.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.097202

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.