Перспективный оптоэлектронный синапс для пластовых вычислений на основе альфа-селенида индия
A promising optoelectronic synapse for reservoir computing based on alpha-Indium Selenide
Многорежимные и многомасштабные вычисления резервуаров. Кредит: Лю и др.

Резервуарные вычисления — это новая вычислительная среда, основанная на использовании рекуррентных нейронных сетей (т. е. сетей, в которых данные сохраняются или повторяются в шаблонах). Этот фреймворк может сократить время обработки данных, а также повысить энергоэффективность нейроморфных устройств.

Исследователи из Пекинского университета и Пекинской академии искусственного интеллекта недавно представили новый искусственный синапс на основе альфа-селенида индия (α-In 2 Se 3 ), который может помочь более эффективно воссоздавать биологические нейронные процессы в нейроморфных устройствах. Этот синапс, представленный в статье, опубликованной в Nature Electronics , может иметь очень ценные последствия для приложений по вычислению резервуаров.

«Наша идея возникла из-за потребности в простой стратегии, которую можно использовать для использования динамических характеристик физической системы для вычислений, а вычисления физических резервуаров являются многообещающей основой для реализации этой цели», — Ючао Ян, один из исследователей, проводивших вне исследования, сообщил TechXplore.

«In 2 Se 3 является очень интересным материалом и хорошей платформой для вычислений резервуаров, а его богатые физические свойства поддерживают создание многорежимных и многомасштабных систем вычислений резервуаров, которые, как мы надеемся, расширят сценарии применения физических вычислений резервуаров».

Резервуарные вычисления основаны на использовании искусственных синапсов, которые могут напрямую запускать алгоритмы глубокого обучения, без необходимости передачи данных между памятью и процессором. Полупроводниковый материал Ван-дер-Ваальса α-In 2 Se 3 обладает многочисленными выгодными оптоэлектронными, сегнетоэлектрическими и полупроводниковыми свойствами, что делает его идеальным кандидатом для изготовления этих искусственных синапсов.

«В 2 Se 3 одновременно присутствуют два интересных физических свойства, то есть сегнетоэлектрическое переключение и оптоэлектронный отклик», — пояснил Ян. «Мы построили планарное устройство для использования сегнетоэлектрических поляризаций в плоскости для электрического синапса, а также представили свет в качестве третьего терминала для обеспечения оптоэлектронного отклика. Эта уникальная структура эффективно сочетает в себе два физических свойства и может использовать связь сегнетоэлектрика и оптоэлектроники для гетеросинаптическая пластичность и высокоуровневые вычислительные функции».

Перспективный оптоэлектронный синапс для пластовых вычислений на основе альфа-селенида индия
Синапсы α-In2Se3 с гетеросинаптической пластичностью. Кредит: Лю и др.

Временной динамикой оптоэлектронного синапса, созданного этой группой исследователей, можно управлять с помощью электрических и оптических стимулов. Это означает, что он может в конечном итоге искусственно воспроизвести врожденную пластичность мозга (то есть способность адаптироваться с течением времени), а также напрямую обрабатывать информацию.

«В подавляющем большинстве предыдущих исследований нейроморфных вычислений устройство использовалось только в качестве энергонезависимого элемента, тогда как мы используем более сложную нелинейную динамику для расширения возможностей вычислений», — сказал Ян.

«По сравнению с предыдущими резервуарными системами с фиксированным механизмом и функциями, наш оптоэлектронный синапс обладает как сегнетоэлектрическими, так и оптоэлектронными свойствами, что обеспечивает два различных и физически связанных механизма для резервуарных вычислений. Это позволило нам реализовать резервуарную вычислительную систему на основе ввода смешанных сигналов, демонстрируя большую настраиваемость и повышенную производительность сети, в то время как здесь многомасштабная обработка сигнала достигается путем модуляции времени релаксации устройства с помощью света или напряжения обратного затвора».

Чтобы оценить производительность своего искусственного синапса, Ян и его коллеги построили многорежимную вычислительную систему резервуара. Затем они проверили производительность этой системы в задаче распознавания рукописных цифр и задаче распознавания QR-кода. Они обнаружили, что он достиг многообещающих результатов, успешно решив обе эти задачи обработки данных с точностью выше 80%.

Искусственный синапс, реализованный в рамках этого исследования, вскоре может открыть новые интересные возможности для резервуарных вычислений. Кроме того, созданная с использованием этого синапса вычислительная система резервуара может быть усовершенствована для решения других сложных задач обработки информации и анализа данных.

«Наша демонстрация многорежимной и многомасштабной вычислительной системы для резервуаров существенно расширяет вычислительные возможности систем для резервуарных вычислений», — добавил Ян. «В нашем недавнем исследовании мы сосредоточились на вычислительных приложениях, но в будущем мы также хотели бы реализовать полностью интегрированную нейроморфную систему, включая восприятие информации».

Образец цитирования : Перспективный оптоэлектронный синапс для резервуарных вычислений на основе селенида альфа-индия (15 ноября 2022 г.), полученный 17 ноября 2022 г. с https://techxplore.com/news/2022-11-optoelectronic-synapse-reservoir-based-alpha- индий.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Электроника и полупроводникиИнформатика
Дата публикации: 2022.11.17