Ученые ЛЭТИ создали энергоэффективный искусственный нейрон для нейроморфных вычислений
Исследователи Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали модель энергоэффективного искусственного нейрона, имитирующего принципы работы биологической нервной ткани. Разработка, получившая название TS-TD, воспроизводит ключевые свойства живых нейронов и может стать основой для создания вычислительных машин будущего с минимальным энергопотреблением.
Как сообщили в пресс-службе вуза, искусственный нейрон состоит из трех компонентов: туннельного диода, который генерирует импульс при достижении определенного напряжения, порогового селектора, имитирующего работу ионных каналов в мембране нейрона, и конденсатора, выполняющего роль мембраны. Ученые не только разработали схему, но и изготовили работающий прототип на печатной плате, подтвердив его работоспособность.
По словам научного сотрудника Молодежного НИИ, доцента кафедры систем автоматизированного проектирования СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Тимура Каримова, модель воспроизводит способность накапливать сигналы, срабатывать при достижении порога, иметь рефрактерный период и другие свойства живых нервных клеток. В симуляции сеть из 7 840 нейронов и 351 тыс. синапсов показала точность распознавания 97,9% на рукописных цифрах (MNIST) и 89,5% на более сложных изображениях одежды (Fashion-MNIST), не уступая существующим аналогам.
Главная особенность разработки — энергоэффективность. Гипотетический чип на таких нейронах может обрабатывать 500 кадров размером 28 на 28 пикселей в секунду, потребляя всего 0,012 ватта — в сотни раз меньше, чем сопоставимые по производительности одноплатные компьютеры. Это особенно важно на фоне ограничений архитектуры фон Неймана, требующей постоянной передачи данных между процессором и памятью, что делает современные нейросети крайне энергозатратными. Переход к нейроморфному железу, имитирующему биологические принципы, может повысить рентабельность вычислений.
