Создание полупроводниковых чипов, вдохновленных мозгом, для более интеллектуальных и экологичных центров обработки данных

В условиях растущего потребления электроэнергии центрами обработки данных с искусственным интеллектом (ИИ) крайне важно найти устойчивое вычислительное решение, способное компенсировать эти массовые нарушения в работе сообщества и окружающей среды.

Исследователи из Оттавского университета, Колумбийского университета и Университета Ханьянг считают, что создание вычислительных систем, вдохновленных работой мозга, могло бы дать ответ на эту глобальную загадку с помощью небольших, быстрых, энергоэффективных и масштабируемых искусственных нейронов, способных поддерживать крупномасштабные вычислительные системы, которые сейчас регулярно встречаются в нашем мире.

"Материалы и архитектура, описанные в этом обзоре, представляют собой принципиально иной способ обработки информации. Благодаря тому, что эти новые технологии работают больше как человеческий мозг, чем традиционный процессор, они приведут к созданию физических устройств, которые будут значительно более энергоэффективными, быстрыми и адаптивными", - пояснил ведущий автор доктор Каннан Удайя Моханан, научный сотрудник исследовательской группы профессора Чанг-Хен Кима в Уоттаве.

Профессор Ким и его команда провели систематический обзор многолетних достижений в области электронных материалов, физики устройств и интеграции схем, чтобы наметить новый путь для "нейроморфных" систем — систем, которые физически имитируют работу человеческого мозга. Вместо того чтобы сосредоточиться на одном эксперименте, они оценили весь ландшафт новых аппаратных нейронов, превратив сложные материаловедческие разработки в конкретные технологические решения реального мира, которые помогут исследователям создавать масштабируемые вычислительные системы, подобные мозгу.

Опубликованные в журнале Advanced Functional Materials, эти разработки в области аппаратного обеспечения, вдохновленные работой мозга, предлагают научному сообществу всеобъемлющую перспективную дорожную карту, а федеральное правительство предлагает новые рамки для развития центров обработки данных в Канаде.

"Традиционные вычисления сталкиваются с узким местом, известным как "стена памяти", когда передача данных между памятью и процессорами приводит к значительным задержкам и потерям энергии. Мы определили наиболее перспективные КМОП-материалы и архитектуру устройств, которые могут действовать как искусственные нейроны, доказав, что схемы следующего поколения могут обрабатывать информацию быстрее и с меньшими затратами энергии, чем современные чипы", - сказал Ким, доцент Школы электротехники и компьютерных наук и руководитель проекта. из лаборатории полупроводников и микроэлектроники в Уоттаве.

Пост-CMOS относится к новым материалам и архитектурам устройств, которые выходят за рамки традиционных чипов. Хотя эти интеллектуальные технологии могут значительно снизить энергопотребление современных центров обработки данных, они обеспечивают не менее мощное преимущество для персональных технологий. Это объясняется тем, что эти новые материалы часто отличаются низкой стоимостью, высокой масштабируемостью и поддерживают ультратонкие, легкие и гибкие форм-факторы.

"Beyond green AI data centers, this hardware will directly enable smarter, low-power wearable technology for personalized health care and seamless human-machine interfaces," added Kim.