Дослідники знайшли спосіб переміщення протонів через тверді тіла з безпрецедентною швидкістю. Технологія допомогла “розігнати” глибоке аналогове навчання.
Фото: Художня ілюстрація протонного програмованого резистора. Джерело: Ella Maru Studio, Murat Onen, MIT
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту розробили програмовані транзистори, що працюють в 10 тис.разів швидше синапсів головного мозку. Технологія, що використовується для аналогового машинного навчання, забезпечує не тільки високу швидкість обробки даних, але і хорошу енергоефективність.
Робочий механізм пристрою полягає в електрохімічному впровадженні найдрібнішого іона, протона, в ізолюючий оксид для модуляції його електронної провідності, пояснюють автори роботи. Вчені використовували потужне електричне поле для того, щоб прискорити протони і перевести іонні транзистори в наносекундний режим роботи.
Дослідники відзначають, що секрет нових пристроїв у використанні неорганічного фосфорсилікатного скла. Воно забезпечує надшвидкий рух протонів, оскільки містить безліч пор нанометрового розміру, поверхні яких забезпечують шляхи для дифузії елементарних частинок. Воно також може витримувати дуже сильні імпульсні електричні поля.
“Потенціал дії в біологічних клітинах зростає і падає з часовою шкалою в мілісекунди, оскільки різниця потенціалів приблизно в 0,1 вольта обмежується стабільністю води. У своїй роботі ми застосовуємо до 10 вольтів через спеціальну тверду скляну плівку нанорозмірної товщини, яка проводить протони, не пошкоджуючи її. І чим сильніше поле, тим швидше працюють іонні пристрої”, – говорить Ю Лі, професор Массачусетського технологічного інституту і співавтор роботи
У людському мозку навчання відбувається завдяки посиленню і ослабленню зв’язків між синапсами. Глибокі нейронні мережі використовують аналогічну стратегію, коли ваги вузлів (нейронів) програмуються за допомогою навчальних алгоритмів. При використанні процесорів збільшення і зменшення електричної провідності протонних резисторів забезпечує аналогове машинне навчання.
Провідність контролюється рухом протонів. Щоб збільшити провідність, більше протонів виштовхується в канал в резисторі, а для зменшення провідності протони виводяться. Це досягається за допомогою електроліту (схожого на акумулятор), який проводить протони, але блокує електрони. Збільшення швидкості руху протонів, істотно прискорює процес машинного навчання.