Сотрудники лаборатории стохастических мультистабильных систем ННГУ им. Н.И. Лобачевского совместно с коллегами из России, Сербии, Италии, США и Испании разработали комплексную методологию анализа и проектирования энергоэффективных нейроморфных систем. Впервые предложена единая метрика сравнения — энергопотребление на одно синаптическое событие (фемтоджоулей на событие), которая позволяет корректно сопоставлять классические нейросети на GPU, спайковые системы (Loihi, TrueNorth), мемристивные устройства и даже биологические синапсы крысы и человека. Результаты опубликованы в журнале IEEE Access (Q1).
Главная особенность работы — прямое сравнение различных вычислительных архитектур в единой системе измерения энергопотребления. Экспериментально доказано, что органические мемристоры способны достигать энергозатрат порядка нескольких фемтоджоулей на событие, что сопоставимо и даже ниже уровня биологических синапсов. Ключевой вклад ННГУ — создание и исследование неорганических мемристорных кроссбаров архитектуры 32×8 1T1M, изготовленных в рамках государственного задания по развитию электронной промышленности.
Методология выделяет три принципиально разных энергетических режима: традиционные GPU и NPU, цифровые спайковые системы и мемристивные нейроморфные структуры, приближающиеся по эффективности к биологическим системам. Именно этим обоснована необходимость перехода от классической фон-неймановской архитектуры к вычислениям в памяти и событийно-управляемым системам, где энергопотребление на порядки ниже.
Разработанные технологии могут использоваться в области Green AI, в автономных Edge AI-устройствах, робототехнике, беспилотных системах, имплантах и сенсорных сетях, где критически важно минимальное энергопотребление. Мемристорные системы также перспективны для нейропротезирования и интерфейсов мозг-компьютер. Исследование выполнено в рамках программ «Приоритет-2030», Национального центра физики и математики (НЦФМ) по направлению «Искусственный интеллект и большие данные», а также при поддержке Министерства науки Сербии и проекта FAIRGROUND (NextGenerationEU).
Фотография предоставлена пресс-службой ННГУ. Фотограф - Андрей Скворцов.
