الأنفس جي توصية جديدة

مصدر: طبيعة الاتصالات

تجميع: جين لي

[استعراض فاز جي الجديدة وكما نعلم جميعا، وعمق الحالي للشبكات العصبية الدراسة والشبكات العصبية البيولوجية هي في عنق الزجاجة مطابقة. ومؤخرا، شركة IBM IREM Boybat آخرون، نشرت في "نيتشر الاتصالات" المقالة، من المتوقع أن تتحسن هذه المشكلة: وهي تهدف إلى تحسين حالة بنية متعددة سينابسينات (العمارة متشابك متعددة memristive)، لا يمكن أن تزيد من كثافة الطاقة المشبك دقة، وتضم أكثر من 100 مليون جهاز ذاكرة مرحلة تغيير (PCM)، وهي شبكة العصبية النبض (SNN) هيكل مظاهرة متعددة سينابسينات التجريبية.

الدماغ البشري يمكن استخدام أقل من 20 واط من الطاقة للمحرك، وبعد ذلك نفكر في الكمبيوتر المحمول لدينا، ضرورة أن تستهلك حوالي 80 واط من الطاقة. من حيث كفاءة استخدام الطاقة والحجم، أدمغتنا تنتج المزيد من الطلبات من حيث الحجم من أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأكثر تقدما. بطبيعة الحال، فإن الشبكة العصبية والبيولوجية الشبكات العصبية الأكثر تقدما غير قادرة على المنافسة تماما. هذه النتيجة هي واحدة من الأسباب اليوم هندسة الكمبيوتر أو فون نيومان وفقا لفكرة أن الذاكرة وعمل معالجة منفصلة. وهذا يعني أن الاحتياجات من البيانات لتكون في رحلات مكوكية باستمرار ذهابا وإيابا، يولد حرارة ويتطلب الكثير من الطاقة - كفاءة وهو عنق الزجاجة. بطبيعة الحال، فإن الدماغ ليس وجود هذه المشكلة. لذلك هذا هو اختراق لتحسين مشكلة.

متعدد سينابسينات (متعدد Memristive المشبك)

هيكل متعدد سينابسينات هو مبين أدناه:

مفهوم متعدد سينابسينات

أ. أكثر من وزن واحد سينابسينات متشابك صافي (الوزن الصافي متشابك) يتكون من عدة أجهزة الذاكرة (أجهزة memristive متعددة) وتصرف التراكمي (

) يمثل. لتحقيق فعالية متشابك (فعالية متشابك)، وجميع الأجهزة التي تستخدم الجهد إشارة القراءة (قراءة إشارة الجهد)، V. هي واحدة الحالية التي تولدها كل جهاز معا، وبالتالي توليد نقاط الاشتباك العصبي الناتج (المخرجات متشابك).

القبض على B. لاللدونة متشابك (اللدونة متشابك)، المشبك على أي تحديث، مجرد وسيلة الاختيار. يتم تحديث المشبك عن طريق تغيير التوصيل من الأجهزة المحددة للبت فيها. هذه العملية المناسبة لنبضات برمجة التطبيقات الجهاز المحدد (نبض البرمجة) لتحقيقه.

ج. آلية استخدام أساس التحكيم (نظام التحكيم استنادا مكافحة) التي اختيرت لعد إلى اللدونة متشابك مبرمجة لتنفيذ الجهاز. كما المستخدمة هنا، وهي القيمة القصوى يساوي (ممثلة المشبك) عدد العالمية حدد الجهاز العداد. في حال وجود أي نقاط الاشتباك العصبي التحديثات، يتم توجيه الجهاز اختيار عكسي لبرمجتها. وفي وقت لاحق، يتم زيادة العداد بمقدار ثابت المحدد. بالإضافة إلى مكافحة الاختيار، والعداد يتم توفيرها تعزيز مستقل مكافحة التحلل للسيطرة على تعزيز تردد أو توهين الأحداث.

أجهزة متعددة سينابسينات PCM

المشبك على أساس الذاكرة مرحلة تغيير (PCM) من

يتكون جهاز a.PCM من مرحلة تغيير طبقة المادية التي تقع بين الجزء العلوي والسفلي تكوين القطب. تطبيق تعزيز نابض (البقول التقوية) قد تزيد تدريجيا المنطقة البلورية (منطقة البلورية). ضعف النبض (النبض الاكتئاب) تنتج المناطق غير متبلور، بغض النظر عن الحالة الأصلية للجهاز سوف يؤدي إلى انخفاض مفاجئ في تصرف.

ب. تصرف تختلف عن متوسط السعة الحالية (السعة الحالية)

إنشاء عدد النبضات التغيير. كل منحنى متوسط 9700 قياسات الجهاز تصرف. يبين الرسم التوضيحي انتقال الإلكترون صورة مجهرية من سمة من سمات الجهاز PCM المستخدمة في هذه الدراسة.

ولاحظ C. متوسط التغيرات التراكمية تصرف عندما ضعف تكرار النبض وتعزيز الحصول على. الجهاز تصرف الأولي هو ~ 5S.

د. عندما نبض

عندما = 100A، الخطأ نفسه ومعيار (1) 9700 محطة جهاز قياس القيمة تصرف، المقابلة لنموذج منها هو أيضا نفس العدد من الأجهزة. يظهر أقحم تصرف للتوزيع، وتوزيع المقابلة التي حصلت عليها النموذج بعد النبضات 20 الأولى المحسنة.

E. اليسار يظهر لوحة توزيع نموذجي التوصيل في تطبيقات 1000 على نفس التغيير نبض PCM جهاز واحد بسبب. نبض كما النبضات تعزيز الرابعة تطبيقها على الجهاز. كرر نفس القياس في مختلف جهاز PCM 1000، ويعرض الخطأ نفسه ومعيار الأجهزة 1000 في التوضيح. هذا الرقم يدل على توزيع نموذجي التوصيل في نبضة واحدة 1000 على الجهاز بسبب التغيير. نبض كما النبضات الرابعة تطبيقها على جهاز التسليح. ويتكرر نفس القياس في 1000 تصرف الاختلاف، ويظهر الرسم التوضيحي المتوسط والانحراف المعياري للتغير تصرف 1000. كما يمكن أن يرى، وتقلب بين الجهاز في قابلة للمقارنة.

وبناء على PCM ذاكرة متعددة متشابك

أ. جهاز 7PCM 3 و التجربة الأولى، بمتوسط تصرف التراكمي يتغير نقاط الاشتباك العصبي. 1000 نقاط الاشتباك العصبي قياس يقوم على تصرف كل جهاز يتم تهيئة إلى ~ 5S. لتعزيز تأثير، واختيار قيمة النبض = 100A، المنهكة التجربة، واختيار قيمة النبض = 450A.

B.، على التوالي، بعد 1 و 3 و 7 من تطبيق PCM نقاط الاشتباك العصبي، للحصول على التوزيع التراكمي للتغير في تصرف مع تعزيز البقول 10 و 30 و 70. المتوسط والتباين في كل خطيا تقريبا مع عدد من نقاط الاشتباك العصبي الجهاز، قد تثير تحسن حل الوزن التحديث.

نتائج المحاكاة التصنيف رقم بخط اليد

نقاط الاشتباك العصبي المتعدد الذاكرة في تطبيق الشبكة العصبية

أ. استخدام الشبكة العصبية الظهر التدريب التفريخ الصناعي تصنيف أرقام مكتوبة بخط اليد. في طبقة المدخلات ومخبأة انحياز الخلايا العصبية طبقة (الخلايا العصبية التحيز) (الأبيض). أجهزة PCM باستخدام استجابة تصرف غير الخطية، لإنشاء متعددة الوسائط نقاط الاشتباك العصبي نموذج، والأوزان متشابك لوصف الوزن من هذه المحاكاة. زيادة عدد رقم الجهاز الذاكرة متشابك (بما في ذلك الاختلافات في بنية وهيكل غير تمييزي) يمكن أن تحسن دقة الاختبار. لمدة خمسة أوزان مختلفة التهيئة كررت المحاكاة. أشرطة الخطأ (أشرطة الخطأ) تمثل الانحراف المعياري. يظهر خط متقطع دقة القياس في برنامج العائمة الدقة المزدوجة التي تم الحصول عليها تجريبيا.

ب. استخدام قاعدة التعلم STDP على أساس مكتوبة بخط اليد المهام تصنيف الرقمية وارتفاعه تدريب الشبكة العصبية (SNN). وبالمثل، في نموذج المحاكاة يمثل متعددة سينابسينات الأوزان متشابك (وجود أجهزة مختلفة ولا فرق). دقة التصنيف حيث بلغ عدد الأجهزة في الشبكة من زيادة نقاط الاشتباك العصبي. لمدة خمسة أوزان مختلفة التهيئة كررت المحاكاة. أشرطة الخطأ (أشرطة الخطأ) تمثل الانحراف المعياري. يظهر خط متقطع دقة القياس في برنامج العائمة الدقة المزدوجة التي تم الحصول عليها تجريبيا.

نتائج الوقت الكشف عن ارتباط

نقاط الاشتباك العصبي المتعدد الذاكرة في الشبكة العصبية للمظاهرة التجريبية

أ. من خلال التعلم غير خاضعة للرقابة الشبكة العصبية نبض المدربين، والكشف عن ارتباط وقت إنجاز المهمة. يتكون لدينا شبكة من أكثر من ألف ونقاط الاشتباك العصبي PCM (في الأجهزة)، الذي يربط لدمج وللحريق (I & F) الخلايا العصبية. متشابك تلقى تدفق البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة توزيع بواسون على أساس الحدث بأنه قبل المشبكي (قبل المشبكي) مدخلات الذروة. المشبك 100 يتلقى تيار البيانات، ومعامل الارتباط 0.75، في حين استلام دفق البيانات الأخرى نقاط الاشتباك العصبي ليست ذات صلة. دفق البيانات ذات الصلة، وغير ذي صلة له نفس الفائدة. وبعد المشبكي (بعد المشبكي) انتاج الخلايا العصبية الناتجة تراكمت في الفيلم. وأعلى مستوى على أساس وقت الذروة الخلايا العصبية الإدخال، ويتم احتساب الأسي STDP حكم الوزن التحديث. إذا كان التغيير المطلوب في الوزن أكبر من (أقل من) قيمة العتبة، تطبيق تعزيز الضعيفة نبض وجود السعة ثابتة.

ب. وفي نهاية التجربة، وعروض للN = 1،3 و 7 أجهزة PCM تتألف من الأوزان متشابك. كما يمكن أن يرى، والحق في قبول المدخلات المرتبطة وزن المشبك غالبا ما يكون أكبر من وزن المشبك لا تقبل المدخلات المرتبطة الوزن. كما يزيد N، توزيع الوزن هو أكثر وضوحا.

(ج) في 300 الخطوات الأولى من التجربة، يتغير ستة الوزن الثقيل متشابك. مع زيادة في عدد نقاط الاشتباك العصبي لكل جهاز، وزيادة الوزن تدريجيا.

د. وفي التجربة الأخيرة، فإنه يظهر من قبل متشابك PCM أكثر من 144000 يوان (المشبك مع 7 لكل جهاز) SNN الأوزان متشابك توزيع الوزن للتكوين. 14،400 نقاط الاشتباك العصبي يرتبط تلقى تيار إدخال البيانات، ومعامل الارتباط 0.75. استخدمت هذه التجربة على نطاق واسع ما مجموعه 1008000 الأجهزة PCM. تظهر لوحة أسفل نموذج التنبؤ جهاز PCM توزيع الوزن متشابك.