Team presenteert op de hersenen geïnspireerde, zeer schaalbare neuromorfe hardware

KAIST-onderzoekers fabriceerden een door de hersenen geïnspireerde, zeer schaalbare neuromorfe hardware door enkele transistorneuronen en synapsen samen te integreren. Met behulp van standaard silicium complementaire metaal-oxide-halfgeleider (CMOS) technologie, wordt verwacht dat de neuromorfe hardware de chipkosten zal verlagen en de fabricageprocedures zal vereenvoudigen.

Het onderzoeksteam onder leiding van Yang-Kyu Choi en Sung-Yool Choi produceerde neuronen en synapsen op basis van een enkele transistor voor zeer schaalbare neuromorfe hardware en toonde het vermogen om tekst en gezichtsafbeeldingen te herkennen. Dit onderzoek was te zien in Science Advances op 4 augustus.

Neuromorfe hardware heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn kunstmatige intelligentiefuncties, maar verbruikt een ultralaag vermogen van minder dan 20 watt door het menselijk brein na te bootsen. Om neuromorfe hardware te laten werken, zijn een neuron nodig dat een piek genereert bij het integreren van een bepaald signaal, en een synaps die de verbinding tussen twee neuronen onthoudt, net als het biologische brein. Omdat neuronen en synapsen die zijn gebouwd op digitale of analoge circuits een grote ruimte innemen, is er echter een limiet op het gebied van hardware-efficiëntie en kosten. Aangezien het menselijk brein uit ongeveer 10¹¹ neuronen en 10¹⁴ synapsen, is het noodzakelijk om de hardwarekosten te verbeteren om deze toe te passen op mobiele en IoT-apparaten.

Om het probleem op te lossen, bootste het onderzoeksteam het gedrag van biologische neuronen en synapsen na met een enkele transistor, en integreerde ze ze samen op een 8-inch wafer. De vervaardigde neuromorfische transistors hebben dezelfde structuur als de transistors voor geheugen en logica die momenteel in massaproductie worden genomen. Bovendien bewezen de neuromorfe transistoren voor het eerst dat ze kunnen worden geïmplementeerd met een ‘Janus-structuur’ die functioneert als zowel neuron als synaps, net zoals munten kop en munt hebben.

Professor Yang-Kyu Choi zei dat dit werk de hardwarekosten drastisch kan verlagen door de neuronen en synapsen die waren gebaseerd op complexe digitale en analoge circuits te vervangen door een enkele transistor. “We hebben aangetoond dat neuronen en synapsen kunnen worden geïmplementeerd met behulp van een enkele transistor”, zegt Joon-Kyu Han, de eerste auteur. “Door de co-integratie van enkele transistorneuronen en synapsen op dezelfde wafer met behulp van een standaard CMOS-proces, zijn de hardwarekosten van de neuromorfe hardware verbeterd, wat de commercialisering van neuromorfische hardware zal versnellen,” voegde Han eraan toe. Dit onderzoek werd ondersteund door de National Research Foundation (NRF) en IC Design Education Center (IDEC).