مصدر الصورة: nano-magazine.com

فريق يقدم أجهزة عصبية الشكل مستوحاة من الدماغ وقابلة للتطوير بدرجة كبيرة – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

 Team presents brain-inspired, highly scalable neuromorphic hardware
 (The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) – مقدمة من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا)

ملخص المقالة:

ابتكر باحثو المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا جهازًا عصبيًا مستوحى من الدماغ وقابل للتطوير بدرجة كبيرة من خلال الدمج المشترك بين الخلايا العصبية والمشابك في الترانزستور. وأنتجوا الخلايا العصبية والمشابك على أساس ترانزستور واحد للأجهزة العصبية بتدرجات عالية، وأظهروا القدرة على التعرف على النص وصور الوجوه. وباستخدام تقنية أشباه الموصلات المعدنية  التكميلية للسيليكون، من المتوقع أن تقلل الأجهزة العصبية من تكلفة الرقاقة وتبسط إجراءات التصنيع.

( المقالة )

تُصنَّع الخلايا العصبية والمشابك في الترانزستور المفردة باستخدام عملية أشباه الموصلات المعدنية التكميلية للسيليكون  (Complementary metal–oxide–semiconductor – CMOS). يتم دمجها معًا على نفس الرقاقة مقاس 8 بوصات. المصدر: المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا.

ابتكر باحثو المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا جهازًا عصبيًا مستوحى من الدماغ وقابل للتطوير بدرجة كبيرة من خلال الدمج المشترك بين الخلايا العصبية والمشابك في الترانزستور. وباستخدام تقنية أشباه الموصلات المعدنية التكميلية للسيليكون، من المتوقع أن تقلل الأجهزة العصبية من تكلفة الرقاقة وتبسط إجراءات التصنيع.

وأنتج فريق البحث بقيادة يانغ-كيو تشوي و سونغ-يول تشوي الخلايا العصبية والمشابك على أساس ترانزستور واحد للأجهزة العصبية بتدرجات عالية، وأظهروا القدرة على التعرف على النص وصور الوجوه. وقد نشر هذا البحث في مجلة “تقدم العلوم” (Science Advances) في 4 أغسطس.

وقد جذبت الأجهزة العصبية قدرا كبيرا من الاهتمام بسبب وظائف الذكاء الاصطناعي الخاصة بها، ولكنها تستهلك طاقة منخفضة للغاية أقل من 20 واط عن طريق محاكاة الدماغ البشري. ولجعل الأجهزة العصبية تعمل، فإن الخلايا العصبية التي تولد ارتفاعًا مفاجئًا عند دمج إشارة معينة، والمشبك الذي يتذكر الاتصال بين خليتين عصبيتين ضروريان، تمامًا مثل الدماغ البيولوجي. ومع ذلك، نظرًا لأن الخلايا العصبية والمشابك التي تم إنشاؤها على الدوائر الرقمية أو التناظرية تشغل مساحة كبيرة، فهناك حد من كفاءة الأجهزة وتكاليفها. ونظرًا لأن الدماغ البشري يتكون من حوالي 10 11 خلية عصبية و 10 14 نقطة تشابك عصبية، فمن الضروري تحسين تكلفة الأجهزة من أجل تطبيقها على الأجهزة المحمولة وأجهزة إنترنت الأشياء.

ولحل المشكلة، قام فريق البحث بمحاكاة سلوك الخلايا العصبية البيولوجية والمشابك باستخدام ترانزستور واحد، ودمجها معًا في رقاقة بحجم 8 بوصات. وللترانزستورات العصبية المصنعة نفس بنية الترانزستورات للذاكرة والمنطق التي يتم إنتاجها بكميات كبيرة حاليًا.  بالإضافة إلى ذلك، أثبتت الترانزستورات العصبية لأول مرة أنه يمكن تنفيذها باستخدام “هيكل جانوس” الذي يعمل كخلايا عصبية ومشابك، تمامًا مثل العملات المعدنية لها رؤوس وذيول.

وقال البروفيسور يانغ-كيو تشوي إن هذا العمل يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكلفة الأجهزة عن طريق استبدال الخلايا العصبية والمشابك التي تعتمد على الدوائر الرقمية والتناظرية المعقدة بترانزستور واحد. وقال جون-كيو هان ، المؤلف الأول للدراسة: “لقد أثبتنا أن الخلايا العصبية والمشابك يمكن تنفيذها باستخدام ترانزستور واحد”. وأضاف: “من خلال الدمج المشترك بين الخلايا العصبية والمشابك في نفس الرقاقة باستخدام عملية أشباه الموصلات المعدنية التكميلية للسيليكون القياسية، تم تحسين تكلفة أجهزة الجهاز العصبي، مما سيسرع من تسويق الأجهزة العصبية”. وقد ساند هذا البحث المؤسسة الوطنية للبحوث ومركز تعليم تصميم الدوائر المتكاملة.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2021-08-team-brain-inspired-highly-scalable-neuromorphic.html

لمزيد من المعلومات: جون-كيو هان وآخرون،  Cointegration of single-transistor neurons and synapses by nanoscale CMOS fabrication for highly scalable neuromorphic hardware, Science Advances(2021).  DOI: 10.1126/sciadv.abg8836

المهندس محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.