Исследователи из китайского университета Электронных наук и технологий (University of Electronic Science and Technology) и Технологического университета Наньянга (Nanyang Technological University), Сингапур, создали первый в своем роде "транзисторный нейрон", полупроводниковое устройство, которое ведет себя в точности, как нейрон живых нервных тканей. Такие устройства могут стать одним из видов будущих нейроморфных процессоров, на базе которых будут создаваться вычислительные системы, работающие также, как и головной мозг человека. И, как хорошо известно, такие системы идеально подходят для решения задач определенного класса, таких, как адаптация, машинное видение и глубинное изучение.
Обычному транзистору для того, чтобы вести себя подобно нейрону, требуется возможность реализации некоторых базовых "нейронных" функций, таких, как взвешенное суммирование и вычисление пороговых функций. Именно такие функции лежат в основе работы живого нейрона, который способен получать множество сигналов от других нейронов, суммировать их, и при превышении определенного порога суммированного сигнала срабатывать сам. Миллиарды нейронов человеческого мозга постоянно выполняют суммирование и вычисление пороговых функций много раз в секунду, а это все вместе дает нам возможность мыслить и управлять своими действиями.
Как уже упоминалось выше, исследователи создали "нейронный транзистор" или "транзисторный нейрон", который способен выполнять функции суммирования сигналов и вычислять пороговые значения. Этот транзистор изготовлен не из традиционного кремния, а из двухмерного слоя дисульфида молибдена (MoS2, молибденита), материала, входящего в новый класс полупроводников, называемых переходными металлическими дихалькогенидами.
Данный транзистор имеет два управляющих электрода, затвора, а управлять работой транзистора можно как при помощи каждого из затворов в отдельности, так и при помощи сразу двух затворов одновременно. В последнем случае транзистор выполняет функцию суммирования сигналов. В своих исследованиях ученые продемонстрировали, что созданный ими полупроводниковый прибор способен выполнять и ряд других логических операций при помощи определенной комбинации сигналов на управляющих электродах.
Одним из преимуществ нового "транзисторного нейрона" является скорость его работы. Отметим, что данный случай является не первым случаем создания подобных полупроводниковых устройств, но все созданные ранее такие устройства могли работать со скоростью 0.05 Гц. Новый же "транзисторный нейрон" способен работать на скоростях от 0.01 до 15 Гц, что позволит в будущем создать ряд быстродействующих нейроморфных аппаратных средств на его основе. Для сравнения, нейроны головного мозга работают со средней скоростью в 5 Гц.
В ближайшем будущем исследователи планируют добавить в структуру "транзисторного нейрона" еще несколько дополнительных управляющих электродов, что позволит им получить более реалистичный аналог живого нейрона, имеющего большое количество "портов" для входных сигналов. Помимо этого, исследователи планируют объединить такой многозатворный транзистор с мемристором, электронным компонентом, который будет выполнять роль искусственного синапса.
741
