Ученые ЮФУ исследуют практические аспекты возможностей нейроморфной электроники

Команда лаборатории «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы» Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного Федерального Университета (ЮФУ) получает новые материалы для базы нейроморфной электроники. Разработки лаборатории в скором времени могут найти практическое применение в системах искусственного интеллекта, сообщают сегодня, 7 ноября, интернет-ресурсы в ЮФО.

В любом современном компьютере или смартфоне есть процессор — устройство, созданное для выполнения программ. Нейроморфные процессоры повторяют структуру человеческого мозга, который действительно многозадачен. Недавно подобный процессор запустила в серийное производство российская компания «Касперский», так что нейроморфная электроника — больше не научная фантастика. Эта технология нуждается в новых исследованиях и открытиях, которые увеличат её эффективность. В Южном федеральном университете этим фронтиром научных исследований занимается лаборатория «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы».

Младший научный сотрудник этой лаборатории Даниил Хахулин выступил на «Школе молодых ученых» в рамках Всероссийского форума «Микроэлектроника-2023». Его доклад признали лучшим среди молодых ученых России в секции «Искусственный интеллект, цифровые двойники и нейроподобные системы», работа была посвящена ниобату лития как перспективному нейроморфному материалу.

«Несмотря на внешние различия, фундаментально интегральные цепи и мозг очень похожи: и в той, и в другой системе информация представлена в виде заряда,прохождение которого ограничивается энергетическими барьерами и направляется модуляцией проводящих каналов» — рассказал Даниил Хахулин.

Базовым элементом в человеческом мозге является нейрон. Их десятки миллиардов, между собой они связаны синапсами и создают сложную систему. В вычислительной технике подобным базовым элементом принято считать транзистор: таких элементов в процессоре компьютера или смартфона имеется несколько миллиардов. Дисциплина, известная как нейроморфный инжиниринг, несколько десятилетий стремится воспроизвести структуру человеческого мозга в виде электронных схем. Большинство специалистов считают, что самым лучшим материалом для создания нейроморфного процессора — компьютера с «нейронами» и «синапсами» — является оксид гафния. Результаты исследований лаборатории «Нейромена» ЮФУ показывают, что в некоторых случаях имеет смысл рассматривать и другие материалы.

«Пленки ниобата лития (LiNbO3), полученные методом импульсного лазерного осаждения, по ряду параметров отвечают тем же требованиям, что и другие материалы для синаптических устройств. Если продолжать эксперименты с этим соединением, получать всё новые композиты на его основе, то с большой вероятностью мы однажды получим материал, превосходящий аналоги, и нейроморфные процессоры будут производиться из него» — подчеркнул Даниил Хахулин.

Ученые ЮФУ уже имеют на руках не только образцы нового материала, но и инновационные методики управления его состоянием. Например, изменяя ток, напряжение и длительность импульса, можно контролировать сопротивление и пластичность ниобата лития. По словам ученых, разработки лаборатории могут найти применение в робототехнических системах, нейропроцессорной компьютерной архитектуре нового поколения и везде, где есть возможность внедрения систем искусственного интеллекта.