Группа исследователей Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" создала модель энергоэффективного искусственного нейрона для вычислительных машин будущего, имитирующего принципы работы биологической нервной ткани. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

"Мы создали модель искусственного TS-TD нейрона, которая оказалась похожа по своему поведению на живые нервные клетки. Она воспроизводит способность накапливать сигналы (интеграция), срабатывать при достижении порога, иметь рефрактерный период (время отдыха после импульса) и ряд других. Мы не просто придумали схему на бумаге, а изготовили работающий прототип на печатной плате и убедились, что все работает, как задумано", - привели в пресс-службе слова научного сотрудника Молодежного НИИ, доцента кафедры систем автоматизированного проектирования (САПР) СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Тимура Каримова.

Современные нейросети потребляют колоссальное количество электроэнергии по сравнению с человеческим мозгом, что обусловлено ограничениями архитектуры фон Неймана - необходимостью постоянной передачи данных между процессором и памятью. Чтобы это преодолеть и повысить рентабельность вычислений, ученые стремятся перейти от традиционных систем к нейроморфному железу, которое имитирует биологические принципы работы нервной ткани на новых физических принципах.

По данным пресс-службы, искусственный нейрон в модели ЛЭТИ состоит из трех компонентов: туннельного диода, который генерирует импульс при достижении определенного напряжения, порогового селектора, имитирующего работу ионных каналов в мембране нейрона, и конденсатора, выполняющего роль мембраны.

В симуляции сеть из 7 840 нейронов и 351 тыс. синапсов показала точность распознавания 97,9% на рукописных цифрах (MNIST), а на более сложных изображениях одежды (Fashion-MNIST) - 89,5 %. По этим показателям предложенная архитектура не уступает существующим аналогам. Однако главная особенность TS-TD нейрона - энергоэффективность. Гипотетический чип на таких нейронах может обрабатывать 500 кадров размером 28 на 28 пикселей в секунду, потребляя при этом всего 0,012 ватта - в сотни раз меньше, чем сопоставимые по производительности одноплатные компьютеры.

Как отметили в вузе, уже существуют специализированные нейроморфные чипы, выпускаемые серийно. Они выполнены по цифровой технологии и тоже имитируют спайковую активность. Предложенная же модель ЛЭТИ позволит создать именно аналоговый чип, который потребляет на порядки меньше энергии, и за счет простоты конструкции нейрона будет более технологичным. Такой чип можно рассматривать как основу не только для дата-центров будущего, но также для миниатюрных сенсорных и носимых устройств, нейроинтерфейсов, систем распределенного интеллекта.