domenica, Luglio 21, 2024
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Samsung propone un approccio per “copiare e incollare” il cervello su chip neuromorfi

Immagine dei neuroni di topo sopra un CNEA (array di nanoelettrodi CMOS). Credito: Samsung

In un articolo di Perspective pubblicato su Nature Electronics, Samsung, con i ricercatori di Harvard, introduce un nuovo metodo per decodificare il cervello su un chip di memoria.

Samsung Electronics ha condiviso una nuova intuizione che avvicina il mondo alla realizzazione di chip neuromorfici in grado di imitare meglio il cervello.

Concepito dai principali ingegneri e ricercatori di Samsung e dell’Università di Harvard, lo studio è stata pubblicato come Perspective paper da Nature Electronics col titolo “L’elettronica neuromorfica basata sul copia e incolla del cervello“.

Donhee Ham, Fellow del Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) e professore dell’Università di Harvard, il professor Hongkun Park dell’Università di Harvard, Sungwoo Hwang, Presidente e CEO di Samsung SDS ed ex Capo di SAIT, e Kinam Kim, Vice Presidente e CEO di Samsung Electronics sono i coautori.

L’essenza della visione avanzata dagli autori è riassunta al meglio dalle due parole “copia” e “incolla”. L’articolo suggerisce un modo per copiare la mappa delle connessioni neuronali del cervello utilizzando un rivoluzionario array di nano elettrodi sviluppato dal Dr. Ham e dal Dr. Park, e incollare questa mappa su una rete tridimensionale ad alta densità di memorie a stato solido, la tecnologia per quale Samsung è leader mondiale.

Attraverso questo approccio “copia e incolla”, gli autori prevedono di creare un chip di memoria che si avvicini ai tratti informatici unici del cervello – bassa potenza, apprendimento facile, adattamento all’ambiente e persino autonomia e cognizione – che sono oltre la portata della tecnologia attuale.

Il cervello è composto da un gran numero di neuroni e la loro mappa di cablaggio è responsabile delle funzioni del cervello. Quindi la conoscenza della mappa è la chiave per il reverse engineering del cervello.

L’obiettivo originale dell’ingegneria neuromorfica, lanciata negli anni ’80 del secolo scorso, era quello di imitare tale struttura su un chip di silicio, ma il compito si è rivelato più difficile del previsto dal momento che si sapeva poco di come sono cablati i milioni di neuroni che creano le funzioni superiori del cervello. Pertanto, l’obiettivo dell’ingegneria neuromorfica è stato semplificato, e ci si è limitati a progettare un chip “ispirato” dal cervello piuttosto che replicarlo rigorosamente.

Il titolo di questo articolo suggerisce, tuttavia, che si sta tornando all’obiettivo neuromorfico originale del reverse engineering del cervello. L’array di nano elettrodi può effettivamente entrare in un gran numero di neuroni in modo da poter registrare i loro segnali elettrici con un’elevata sensibilità. Queste registrazioni intracellulari fortemente parallele informano la mappa del cablaggio neuronale, indicando dove i neuroni si connettono tra loro e quanto sono forti queste connessioni. Quindi da queste registrazioni rivelatrici, la mappa del cablaggio neuronale può essere estratta, o “copiata”.

La mappa neuronale copiata può quindi essere “incollata” in una rete di memorie non volatili, come le memorie flash che vengono utilizzate nella unità a stato solido (SSD) o in nuovi modelli di memorie, come le RRAM (Resistive Random Access Memories),  programmando ogni memoria in modo che la sua conduttanza rappresenti la forza di ogni connessione neuronale nella mappa copiata.

Il documento fa un ulteriore passo in avanti e suggerisce una strategia per incollare rapidamente la mappa neuronale su una rete di memoria. Una rete di memorie non volatili appositamente progettate può apprendere ed esprimere la mappa delle connessioni neuronali, quando guidata direttamente dai segnali intracellulari rilevati. Questo è uno schema che scarica direttamente la mappa di connessione neuronale del cervello sul chip di memoria.

Dal momento che il cervello umano ha circa 100 miliardi di neuroni e un migliaio di connessioni sinaptiche, il chip neuromorfico definitivo richiederà circa 100 trilioni di celle di memoria. L’integrazione di un numero così alto di celle di memoria è teoricamente possibile con la tecnologia di memoria 3D in cui Samsung è leader.

Sfruttando la sua esperienza nella produzione di chip, Samsung ha in programma di continuare la sua ricerca nell’ingegneria neuromorfa, al fine di consolidare la leadership di Samsung nel campo dei semiconduttori AI di prossima generazione.

La visione che presentiamo è molto ambiziosa“, ha affermato il dott. Ham. “Ma lavorare verso un obiettivo così importante spingerà i confini dell’intelligenza artificiale, delle neuroscienze e della tecnologia dei semiconduttori“.