Как микроэлектроника связана с принципами работы мозга

Принципы работы мозга как вычислительного устройства сегодня понятны не до конца, но уже возможно создать на этой основе прототипы устройств, демонстрирующих определенные преимущества по сравнению с классическими. В частности, их энергопотребление ниже на два —три порядка. Об искусственном и гибридном интеллекте, электронно-компонентной базе, построенной на новых принципах и технологиях говорили на форуме «Микроэлектроника 2023» в Сочи.

Фундаментальные знания о том как обрабатывается информация в живом мозге может дать разрабатываемая технология «мозг-на-чипе». В дальнейшем эту информацию можно будет использовать для создания высокопроизводительных вычислительных нейроморфных динамических систем. Об этом рассказала доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник университета им. Лобачевского Ирина Мухина.

«Одно из моих направлений ― изучение возможности взаимодействия между микроэлектроникой и живой системой. Цели моего интереса связаны с желанием улучшить память, заменить функции, утраченные в процессе травм или заболеваний на систему, которая их бы легко восполнила. Интерес нейробиолога так или иначе приводит к тому, что нам нужна некоторая микроэлектроника и достаточно быстрые способы вычисления, которые находятся не где-то на сервере, а непосредственно на чипе или том устройстве, которое заменит утраченные функции», ― сказала Ирина Мухина.

В перспективе системы «мозг-на-чипе» помогут изучить взаимоотношения электроники и биосистем, исследовать механизм нейродегенеративных заболеваний и в дальнейшем использовать такие чипы для персонализированной медицины. Например, прежде чем лечить пациента на чипе можно будет отработать технологию той или иной терапии.

Создание вычислительных систем, основанных на принципах работы мозга, это направление в котором развиваются многие страны, отметил заместитель руководителя по научной работе Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Курчатовского института Вячеслав Демин: «Наверное, несколько непривычно на форуме по микроэлектронике звучит доклад по нейрофизиологии. Но это ― общемировой тренд: сообщество микроэлектронщиков, инженеров, нейрофизиологов создают новые вычислительные архитектуры, новые устройства.

И большинство развитых стран создают свои решения в области нейроморфных архитектур. Сегодня стало возможным уже не просто говорить о том, как сложно работает и функционирует мозг как вычислительное устройство, но стало возможно понимать эти принципы. Самое главное, это все сегодня становится возможно реализовывать в прототипах нейроморфных вычислительных устройств, построенных на принципах работы и функционирования мозга».

В разговоре с журналистами ученый добавил, что часть известных принципов функционирования мозга сегодня реализована и в кремниевой электронике, и при создании новой компонентной базы. Такие устройства показывают значительное снижение энергопотребления: «Энергопотребление таких устройств снижается минимум на два , а то и на три порядка величины, даже в цифровой архитектуре, с цифровыми компонентами.

Если дополнительно использовать аналоговые, мемристорные компоненты, которые выступают энергонезависимой памятью, то мы можем еще порядок или два отыграть. Пока это показано в научных работах, но уже существуют интегрированные решения, чипы на мемристорах, которые показывают совершенно передовые характеристики: от 10 тераопераций на ватт и выше», — рассказал Вячеслав Демин.

Источник: Научная Россия