Tích hợp thành công hàng chục ngàn xynap thần kinh nhân tạo trên một con chip duy nhất

Phạm Hải

Thêm một tin vui đến với lĩnh vực trí tuệ nhân tạo trong năm 2020. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa chính thức giới thiệu một thiết kế memristor mới cho các thiết bị điện tử, phát triển dựa trên kiến trúc mạng lưới thần kinh của con người, giúp xử lý thông tin nhanh chóng, chính xác và hiệu quả hơn rất nhiều.

Về cơ bản, “bộ não trên chip” của MIT có kích thước nhỏ hơn một mẩu giấy vụn, nhưng chứa tới hàng chục ngàn thành phần dựa trên silicon dùng để truyền thông tin, được gọi là memristor, mô phỏng theo cấu trúc của các Xynap - điểm nối giữa các sợi thần kinh giống như điểm nối giữa những đường dây điện mà qua đó, luồng "điện thần kinh" có thể chuyển giao từ trung ương thần kinh đến các cơ quan phản ứng, hoặc từ nơron này sang nơron khác. “Bộ não trên chip” này là một phần của hệ thống trang bị trên các thiết bị biến đổi thần kinh lấy cảm hứng từ mạng lưới thần kinh của não bộ nhằm hỗ trợ khả năng thực hiện nhiệm vụ tính toán phức tạp.

Các thiết kế memristor hiện tại gần như chỉ hoạt động tốt trong trường hợp điện áp kích thích dòng ion nặng từ điện cực này sang điện cực khác - một kênh dẫn điện lớn. Các nhà khoa học MIT đã tìm cách giải quyết vấn đề này bằng việc “mượn tạm” một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực luyện kim, về cơ bản liên quan đến việc hợp kim sở hữu các tính chất vật lý tương đối khác biệt so với các kim loại cấu thành của chúng.

Từ đặc điểm trên, các nhà nghiên cứu đã kết hợp bạc với đồng để tạo ra điện cực dương của memristor và sử dụng silicon để tạo ra điện cực âm. Sự lựa chọn thông minh này cho phép luân chuyển dòng ion ổn định và đáng tin cậy dọc theo các kênh dẫn mỏng. Bằng cách này, họ đã tạo ra một con chip silicon có kích thước chỉ vài milimet vuông nhưng chứa được hàng chục ngàn memristor.

Kết hợp cùng thiết bị biến đổi thần kinh, các nhà nghiên cứu đã sử dụng con chip để ghi nhớ và tái tạo hình ảnh theo tỷ lệ xám của chiếc khiên Captain America. Họ đã đánh đồng từng pixel trong ảnh với một memristor tương ứng trong chip, và sau đó điều chỉnh độ dẫn của từng memristor với độ mạnh tương ứng với màu sắc theo pixel. Hiệu quả thu được hoàn toàn rõ rệt và tốt hơn hẳn so với thiết kế cũ.