วิศวกรผลิตชิปที่อัดแน่นด้วย Synapses สมองปัญญาประดิษฐ์นับหมื่น

การออกแบบอันล้ำสมัยด้วยแนวคิด ‘สมองในชิป’ จะช่วยเร่งความก้าวหน้าในการพัฒนาอุปกรณ์ปัญญาประดิษฐ์ขนาดเล็ก

วิศวกรจาก MIT ออกแบบ Brain-on-a-Chip ที่มีขนาดเล็กกว่าลูกปา (Confetti) ซึ่งทำขึ้นมาจาก Memristor หรือ Synapses ของสมองปัญญาดิษฐ์นับหมื่นซึ่งเป็นวัสดุซิลิคอนที่จำลองการส่งข้อมูล Synapses สมองของมนุษย์

Memristors หรือ Memory Transistor นั้นเป็นส่วนสำคัญในการประมวลผลด้วย Neuromorphic ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานในวงจรแม้ว่าการทำงานจริง ๆ นั้นจะคล้าย Synapses ของสมองมากกว่า โดย Synapses รับสัญญาณจาก Neuron 1 ตัวในรูปแบบของไอออนและส่งต่อสัญญาณไปยัง Neuron ตัวต่อไป

สิ่งท่ีทำให้ Memristor นั้นเหมือนกับ Synapses ของสมอง คือ ความสามารถในการจดจำผ่านค่าที่ถูกป้อนให้ คือ ความแข็งแรงของกระแสและสร้างสัญญาณแบบเดียวกับที่ได้รับเพื่อส่งต่อ โดย Memristor แค่หน่วยเดียวสามารถใช้งานได้กับหลากหลายค่าทำให้มีการใช้งานได้หลากหลายกว่าตัวต้านทานแบบไบนารี่ เหมาะสำหรับงานที่ต้องการการแปลงผลที่ซับซ้อนซึ่งปรกติต้องใช้ตัวท้านทานและตัวเก็บประจุจำนวนมาก

โดยนักวิจัยได้หยิบยืมพื้นฐานจากโลหะวิทยาเพื่อสร้าง Memristor จากอัลลอยของเงินและทองแดงร่วมกับซิลิคอน เมื่อสั่งให้ชิปทำงานด้วย Visual Task หรือภาระหน้าที่เสมือน ตัวชิปสามารถจดจำภาพและสามารถสร้างภาพเหล่านั้นซ้ำขึ้นใหม่ได้อีกหลายครั้ง ซึ่งภาพที่ได้นั้นมีความคมชัดและสะอาดกว่าการออกแบบ Memristor จากวัสดุที่ไม่ใช่อัลลอย

การหยิบยืมแนวคิดจากโลหะวิทยาช่วยปลดล็อคขีดจำกัดที่ด้วยการใช้โลหะเงินที่มีส่วนผสมของทองแดงในฐานะวัสดุ Electrode ขั้วบวกของ Memristor ในขณะที่ขั้วลบผลิตจาก Silicon นักวิจัยได้ประกบ Electrode ทั้งสองโดยรอบสื่อกลางอย่าง Amorphous Silicon ทำให้เกิดชิป Silicon ขนาดเล็กระดับมิลลิเมตรที่มี Memristors มากกว่า 10,000 หน่วย

การค้นคว้านี้ถูกเผยแพร่ในวารสาร Nature Nanotechnology แสดงให้เห็นถึงอนาคตใหม่ของการออกแบบ Memristor สำหรับอุปกรณ์ Neurophomic ซึ่งมีพื้นฐานมาจากแผงวงจรแบบใหม่ที่ประมวลผลข้อมูลในรูปแบบที่ลอกเลียนสถาปัตยกรรมทางประสาทของสมอง ด้วยแรงบันดาลใจจากสมองแผงวงจรจึงถูกออกแบบมาให้มีขนาดเล็กและพกพาได้ ทั้งยังสามารถดำเนินการคิดประมวลผลการทำงานที่ซับซ้อนซึ่งในปัจจุบันมีเพียงซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ทำได้เท่านั้นอีกด้วย

สำหรับในปัจจุบันการออกแบบ Memristor ที่มียังคงจำกัดประสิทธิภาพในการทำงาน Memristor เพียงหน่วยเดียวนั้นสร้างขึ้นจาก Electrode ทั้งบวกและลบ แบ่งแยกโดย Switching Medium หรือพื้นที่ว่างระหว่าง Electrode เมื่อมีไฟฟ้าวิ่งผ่าน Ion จาก Electrode จะเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางทำให้เกิด Conduction Channel หรือช่องทางเหนี่ยวนำไปยัง Electrode ตัวอื่น โดย Ion ที่ได้รับมานั้นจะสร้างสัญญาณทางไฟฟ้าที่ Memristor ทำการเคลื่อนย้ายผ่านแผงวงจร

ที่มา:
Mit.edu