Резервуарный компьютер для нейросетей будущего создали в ЛЭТИ

Использование новых физических принципов помогло ученым создать компактный резервуарный компьютер для нейросетей. Устройство помещается на ладони и потребляет примерно в 10 раз меньше энергии, чем обычные компьютеры.

Информация в нем переносится не электрическим током, а особыми квазичастицами — магнонами. Сотрудники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» усовершенствовали систему управления информационным сигналом, поступающим в магнонный резервуар компьютера, благодаря чему удалось сделать его более компактным и практически на порядок снизить энергопотребление.

В перспективе магнонные компьютеры найдут применение там, где уже широко используются нейросети — например, в обработке аудио и видеоинформации или управлении беспилотным транспортом.

Одной из перспективных сфер для создания аппаратной нейросети ученые называют магнонику — это научное направление изучает свойства спиновых волн и их квантов магнонов, которые существуют в магнитных пленках и могут использоваться как носители информации в новых вычислительных устройствах — резервуарных компьютерах.

«Сравнительно недавно учеными, в том числе и нами, было показано, что с помощью магнонов можно решать задачи распознавания и классификации с высокой скоростью и низким энергопотреблением в сравнении с транзисторными вычислительными устройствами. Магнонный физический резервуар представляет собой спин-волновую линию задержки с петлей обратной связи. Это аппаратный аналог нейросети, который обладает тем же функционалом, что и обычные программные нейронные сети», — рассказал профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ», заведующий лаборатории магноники и радиофотоники им. Б. А. Калиникоса Алексей Устинов.

В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Applied Physics Letters, исследователи усовершенствовали систему управления информационным сигналом, поступающим в резервуар. На определенный участок магнитной пленки подавали электрический ток, локально меняющий изначально однородное поле подмагничивания. Тем самым регулировалась амплитуда информационного сигнала, обрабатываемого резервуаром. Этот способ позволил напрямую передавать в резервуар битовые сигналы (например, локальное подведение тока — «1», его отсутствие — «0»).

Такое решение позволило отказаться от электронного аттенюатора для управления амплитудой сигнала, который использовался в предыдущей версии резервуарного компьютера. Это сделало прототип более компактным. Эксперименты также показали, что для обеспечения предложенного метода работы компьютера потребовалось примерно на порядок меньше энергии в сравнении с аттенюатором.

«Наша разработка позволила упростить конструкцию резервуарного компьютера, сделать его более легким, компактным и энергоэффективным. За счет этих характеристик в будущем такие вычислительные устройства могут получить широкое распространение в технике, например, для снижения веса электронных систем беспилотных подводных, наземных и воздушных аппаратов», — отметил Алексей Устинов.