Как известно, мозг человека – это нейросеть из примерно 90 миллиардов нейронов. Вход каждого нейрона – это множество "волосинок" – дендритов. Они распространяют потенциал (импульс напряжения), который заставляет нейрон реагировать тем или иным образом. Для реакции нейрона необходима средняя сумма потенциалов всех сигналов из множества дендритов, что делает мозг "аналоговым компьютером".

Интересно "Новая химия": как квантовая наука помогает провести невозможные химические реакции

Реакция нейрона также представлена потенциалом действия, но он распространяется другими нервными "волосками" – аксонами. Как правило, у нейронов по одному аксону (выхода), который заканчивается синапсом – местом взаимодействия с дендритами других нейронов, если говорить о головном мозге.

Синапс



Бесконтактный переход от аксона к дендритам, взаимодействие между которыми является химической реакцией, а не электрическим сигналом. Далее по дендриту снова побежит электрический импульс.

Как ученые воссоздали биологические процессы в чипе

В чипе химию мозга повторить либо сложно, либо невозможно. Поэтому имитация всегда будет условной, и чип Rain Neuromorphics в этом плане не стал исключением. Но зато в плане воспроизводства дендритов осуществлен прогресс. К каждому аксону цифрового нейрона подведено множество дендритов (входов других цифровых нейронов), что наиболее полно, на сегодня, изображает строение головного мозга.

Воспроизведение аксонов предложено оригинальным методом. Разработчики Rain Neuromorphics взяли за образец вертикальные каналы, создаваемые при производстве памяти 3D NAND, но вместо флешпамяти (затворов), они покрыли аксоны-каналы материалом, создающим в месте контакта с дендритом переход ReRAM.

Таким образом, синапс в предложенном решении – это резистивный переход, который управляет импульсом напряжения на входе нейрона. Более того, дендриты соединяют аксоны с нейронами случайным образом, почти как в мозгу человека до обучения.

Чип
Колони-аксоны с поперечными случайными связями-дендритами / Фото Rain Neuromorphics

Конечно, в отношении полупроводниковой литографии ни о какой случайности речи не может быть. Случайные связи не случайны, а созданы с точки зрения определенного алгоритма. Задача – создать так называемые разреженные матрицы, которые в процессе дальнейшего обучения создадут нейронную сеть. Но это очень близко к тому, как устанавливаются связи между нейронами в головном мозге.