Добавить новость
smi24.net
News in English
Август
2022

MIT Researchers Create Artificial Synapses 10,000x Faster Than Biological Ones

0

Researchers have been trying to build artificial synapses for years in the hope of getting close to the unrivaled computational performance of the human brain. A new approach has now managed to design ones that are 1,000 times smaller and 10,000 times faster than their biological counterparts.

Despite the runaway success of deep learning over the past decade, this brain-inspired approach to AI faces the challenge that it is running on hardware that bears little resemblance to real brains. This is a big part of the reason why a human brain weighing just three pounds can pick up new tasks in seconds using the same amount of power as a light bulb, while training the largest neural networks takes weeks, megawatt hours of electricity, and racks of specialized processors.

That’s prompting growing interest in efforts to redesign the underlying hardware AI runs on. The idea is that by building computer chips whose components act more like natural neurons and synapses, we might be able to approach the extreme space and energy efficiency of the human brain. The hope is that these so-called “neuromorphic” processors could be much better suited to running AI than today’s computer chips.

Now researchers from MIT have shown that an unusual artificial synapse design that mimics the brain’s reliance on shuttling ions around could actually significantly outperform biological ones. The key breakthrough was finding a material that tolerates extreme electric fields, which dramatically improved the speed with which ions could move.

The speed certainly was surprising,” Murat Onen, who led the research, said in a press release. “Normally, we would not apply such extreme fields across devices, in order to not turn them into ash. But instead, protons [which are equivalent to hydrogen ions] ended up shuttling at immense speeds across the device stack, specifically a million times faster compared to what we had before.”

While there are a variety of approaches to neuromorphic engineering, one of the most promising is analogue computing. This seeks to design components that can exploit their internal physics to process information, which is much more efficient and direct than carrying out complex logic operations like conventional chips do.

So far, a lot of research has focused on designing “memristors”—electronic components that control the flow of current based on how much charge has previously flowed through the device. This mimics the way that connections between biological neurons increase or decrease in strength depending on the frequency with which they communicate, which means these devices could in principle be used to create networks with similar properties to biological neural networks.

Perhaps unsurprisingly, these devices are often built using memory technologies. But in a new paper in Science, the MIT researchers argue that components optimized for long-term information storage are actually ill-suited to carrying out the regular state transitions required to continually tune connection strengths in an artificial neural network. That’s because physical properties that ensure long retention times are typically not complimentary to those that allow high-speed switching.

This is why the researchers have instead designed a component whose conductivity is regulated by the insertion or removal of protons into a channel made of phosphosilicate glass (PSG). To a certain extent, this mimics the behavior of biological synapses, which use ions to transmit signals across the gap between two neurons.

However, that’s where the similarities end. The device features two terminals that are essentially the input and the output of the synapse. A third terminal is used to apply an electric field, which stimulates protons to move from a reservoir into the PSG channel or vice versa depending on the direction of the electric field. More protons in the channel increase its resistance.

The researchers came up with this general design back in 2020, but their earlier device used materials that were not compatible with chip design processes. But more importantly, the switch to PSG has dramatically increased the switching speed of their device. That’s because nano-sized pores in its structure enable the protons to move very quickly through the material, and also because it can withstand very strong electric field pulses without degrading.

More powerful electrical fields give the protons a massive speed boost and are key to the device’s ability to outperform biological synapses. In the brain, electric fields have to be kept relatively weak because anything over 1.23 volts (V) causes the water that makes up the bulk of cells to split into hydrogen and oxygen gas. This is largely why neurological processes occur on the scale of milliseconds.

In contrast, the MIT team’s device is capable of operating at up to 10 volts in pulses as short as 5 nanoseconds. This allows the artificial synapse to operate 10,000 times faster than its biological counterparts. On top of that, the devices are only nanometers across, making them 1,000 times smaller than biological synapses.

Experts told New Scientist that the device’s three-terminal setup, as opposed to the two found in most neuron models, might make it difficult to run certain kinds of neural networks. The fact that the protons have to be introduced using hydrogen gas also presents challenges when scaling the technology up.

There’s a long way to go from an individual artificial synapse to large networks that are capable of carrying out serious information processing. But the exceptional speed and tiny size of the components suggest that this is a promising direction in the search for new hardware that can match or even exceed the power of the human brain.

Image Credit: Ella Maru Studio/Murat Onen








Музыкант Алексей Фомин рассказал о его друзьях

«Почему бы и нет?»: предполагаемая любовница Тимати ответила на слухи о романе с ним

Тренируйся с чемпионами: ТНТ проведёт зарядки со звёздами на ВДНХ

Летние кинотеатры в Москве


Ricky Hatton Names The Best British Fighter Of All Time And It’s Not Lennox Lewis

£39m United star shouldn't be starting vs Arsenal, was gifting possession to Everton

The 5 biggest global business rivalries to watch, and how their outcomes will shape the future

Not even a 0% mortgage rate would make buying a house affordable in these 6 U.S. cities


Вывод песни для продвижение в Импульсе Яндекс музыки.

В Москве прошла премия «Триумф Года»

Закрыть шлюзы: Port уйдёт в карантинную VLAN

Вояж, вояж... VOYAH FREE, обзор от CARS.RU


Android-игроки раскритиковали сурвайвл-хоррор Jericho: Survival

Girl Rescue 1.0.3.3

Black Hole io 1.5.1

Раскрой потенциал Мистера Террифика из DC Worlds Collide с этим гайдом



В Москве прошла премия «Триумф Года»

«Турбозавры» на фестивале «Динозавры на каникулах» в ЦДМ на Лубянке

Концерты органной музыки в Москве: волшебство звуков в галерее Ильи Глазунова

Два автобуса столкнулись на северо-востоке Москвы, движение перекрыто


Спрос на услуги салонов красоты и косметологию активно растет после спада в 2022 году

Алексей Тамаров – искусство пластической хирургии

Дептранс Москвы рекомендовал использовать метро из-за ограничения движения

8 августа в «Лужниках» стартуют бесплатные тренировки на всесезонном льду


Обнаружена новая схема мошенничества, используемая против россиянок

Битцевский маньяк Пичушкин оспорил отказ в переводе в московскую колонию

Рублев не достиг полуфинала турнира "Мастерс" в Торонто

Похороны худрука «Электротеатра Станиславский» Юхананова пройдут 7 августа


Российский теннисист Андрей Рублёв вслед за Кареном Хачановым вышел в четвертьфинал турнира в Торонто

Бублик честно высказался о провале Рублёва и Медведева

Хачанов обогнал Медведева, Рублев приятно удивил, а Таусон остановила Свентек

Костюк не дограла чвертьфінальний матч на турнірі WTA 1000 у Канаді


8 августа в «Лужниках» стартуют бесплатные тренировки на всесезонном льду

Алексей Тамаров – искусство пластической хирургии

Алексей Тамаров – искусство пластической хирургии

Коньки круглый год: в «Лужниках» начнутся бесплатные тренировки на льду


Музыкальные новости

Тимати организовал вечеринку с Погребняк и Дубцовой в турецком Бодруме

Джазовый вечер с Даниилом Крамером и Дарьей Черняковой состоялся в усадьбе Прове-Калиш

Mash: певец Леонтьев выйдет на сцену фестиваля "Новая волна" по просьбе Крутого

Страну не любит, но дом не продает: Макаревич скрывает недвижимость в России


Два автобуса столкнулись на северо-востоке Москвы, движение перекрыто

«Турбозавры» на фестивале «Динозавры на каникулах» в ЦДМ на Лубянке

В Москве прошла премия «Триумф Года»

Дептранс Москвы рекомендовал использовать метро из-за ограничения движения


Павел Прилучный и Зепюр Брутян отправились на отдых после судебного процесса

Станица на Дону, Кремль на ВДНХ. Кино, которое оставило следы

Нейросеть наводят на большую дорогу // Москва расширяет контроль за дорожными авариями, животными и мусором на проезжей части

Астраханский ТРЗ Желдорреммаша приступил к серийному капитальному ремонту тепловозов ТЭМ18ДМ


Дептранс Москвы рекомендовал использовать метро из-за ограничения движения

Нейросеть наводят на большую дорогу // Москва расширяет контроль за дорожными авариями, животными и мусором на проезжей части

Два автобуса столкнулись на северо-востоке Москвы, движение перекрыто

Клиенты компании «Байкал Сервис» экономят на перевозке сезонных товаров


Малайзийский король посетил Россию с официальным визитом

Во Франции высказались о визите Уиткоффа в Москву

Великое переселение офисов: Путин прогоняет чиновников из Москвы в регионы

Интриги Эрдогана и Зеленского. «Джокер» Путина. Активность над секретным полигоном: Главное к утру



В Москве задержали четверых сторонников ФБК за пожертвования организации

В Москве задержаны четверо мужчин по делу о пожертвованиях организации «ФБК»


Как проверить качество получаемой медицинской помощи по ОМС...

Благотворительное приложение Тубa открыло срочный сбор на протез для маленькой девочки

К доктору – без страха: сеть клиник «Будь Здоров» представила VR-решения для детского здоровья

Клинический психолог Юлия Тарибо: что такое односторонняя дружба и стоит ли ее продолжать


Зеленский добивается визита Эрдогана в Киев

«Хоть в платье, хоть в парике»: слухи о побеге Зеленского распространяются в Киеве


«Ты будешь моей…»: Николай Ерусланкин из Нижнего Новгорода удивил всех участников шоу «Погоня» на ТНТ

Профессиональные бои состоятся в Нижнем Новгороде 9 августа

«Детям полезно принимать участие в любой движухе, связанной с творчеством, музыкой и спортом!» В Москве завершился Международный фест-форум «Голоса Мира» 2025

Худайбердиева указала, что день смерти Гришина стал самым мрачным за последние годы


Лукашенко предупреждает: не стоит соревноваться с крупными государствами


Сергей Собянин: В Москве запущен 220-й электробусный маршрут

Мэр Собянин поделился информацией о новорожденных животных в «Москвариуме»

Мэр Москвы рассказал о новой жизни Большого Каменного моста

Собянин открыл первый флагманский МФЦ для регистрации самоходной техники


Около 850 тысяч тонн вторсырья собрано в Москве за полгода

Объем российского добычи водных биоресурсов превысил три миллиона тонн

Мессенджер Max будут обязательно устанавливать на новые смартфоны с сентября

Зачем нужна программная нормализация воды после очистки — объясняет Алексей Горшков


Алексей Тамаров – искусство пластической хирургии

Москва инвестирует 13,7 млрд рублей в технопарк на юго-востоке столицы

8 августа в «Лужниках» стартуют бесплатные тренировки на всесезонном льду

Юрист Хаминский: в РФ вводится сбор данных о покупателях монет из драгметаллов


Аномальная жара: До +41 °С в Чечне и Ингушетии, +30 °С в Карелии и Архангельске

Коми, Камчатку, Архангельскую, Иркутскую, Калужскую, Костромскую, Курскую, Свердловскую и Оренбургскую области эксперты отнесли к регионам, где на осенних выборах "протестный потенциал выше среднего", говорится в докладе...

Амурская область оказалась в числе аутсайдеров по качеству дорог

Вильфанд предупредил об аномальной жаре в девяти регионах


До 100 метеоров в час: когда наблюдать пик звездопада Персеиды над Крымом

Провокация Британии против РФ и рекорд цен на бензин – главное за день

Компания «Гранд Сервис Экспресс» информирует об изменениях в курсировании некоторых поездов «Таврия» с осени 2025 года

Поезда в Крым меняют маршруты и график


Суточная аренда выдала прибыль // Какая недвижимость выгодна для инвестиций

Москва инвестирует 13,7 млрд рублей в технопарк на юго-востоке столицы

8 августа в «Лужниках» стартуют бесплатные тренировки на всесезонном льду

Алексей Тамаров – искусство пластической хирургии














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *