인도 과학 연구소(IISc)의 연구원들은 분자 필름 내에서 놀라운 16,500 전도도 상태로 데이터를 저장하고 처리할 수 있는 뇌에서 영감을 받은 아날로그 컴퓨팅 플랫폼을 개발했습니다.오늘 저널에 게재됨자연, 이 획기적인 발전은 데이터 저장 및 처리가 단 두 가지 상태로 제한되는 기존 디지털 컴퓨터에 비해 큰 진전을 나타냅니다.

이러한 플랫폼은 잠재적으로 LLM(대형 언어 모델) 교육과 같은 복잡한 AI 작업을 노트북이나 스마트폰과 같은 개인용 장치에 적용하여 AI 도구 개발의 민주화에 더 가까이 다가갈 수 있습니다.이러한 개발은 에너지 효율적인 하드웨어가 부족하기 때문에 현재 리소스가 많은 데이터 센터로 제한되어 있습니다.실리콘 전자 장치가 포화 상태에 가까워짐에 따라 실리콘 칩과 함께 작동하여 보다 빠르고 효율적인 AI를 제공할 수 있는 뇌에서 영감을 받은 가속기를 설계하는 것도 중요해지고 있습니다.

연구팀을 이끈 IISc 나노과학공학센터(CeNSE)의 조교수인 Sreetosh Goswami는 "뉴로모픽 컴퓨팅은 지난 10년 동안 해결되지 않은 과제의 상당 부분을 차지해 왔습니다."라고 설명합니다."이번 발견으로 우리는 완벽한 시스템을 거의 완성했습니다. 이는 드문 일입니다."

대부분의 AI 알고리즘의 기본 연산은 고등학교 수학에서 가르치는 개념인 매우 기본적인 행렬 곱셈입니다.그러나 디지털 컴퓨터에서는 이러한 계산이 많은 에너지를 소모합니다.IISc 팀이 개발한 플랫폼은 관련된 시간과 에너지를 대폭 줄여 이러한 계산을 훨씬 빠르고 쉽게 만듭니다.

플랫폼의 중심에 있는 분자 시스템은 CeNSE의 방문 교수인 Goswami가 설계했습니다.분자와 이온이 물질 필름 내에서 흔들리고 움직이면서 셀 수 없이 많은 고유한 메모리 상태를 생성하며, 그 중 다수는 지금까지 접근할 수 없었습니다.대부분의 디지털 장치는 가능한 무한한 수의 중간 상태를 활용하지 않고 두 가지 상태(높은 컨덕턴스 및 낮은 컨덕턴스)에만 액세스할 수 있습니다.

IISc 팀은 정확한 시간에 맞춰진 전압 펄스를 사용하여 훨씬 더 많은 수의 분자 움직임을 효과적으로 추적하고 이들 각각을 뚜렷한 전기 신호에 매핑하여 다양한 상태에 대한 광범위한 "분자 일기"를 형성하는 방법을 찾았습니다.

"이 프로젝트는 전기 공학의 정확성과 화학의 창의성을 결합하여 우리가 분자 동역학을 매우 정밀하게 제어할 수 있게 해주었습니다.전자 회로나노초 전압 펄스로 구동됩니다."라고 Goswami는 설명합니다.

팀은 이러한 작은 분자 변화를 활용하여 인간의 뇌와 유사한 동일한 위치 내에서 데이터를 저장하고 처리할 수 있는 매우 정확하고 효율적인 뉴로모픽 가속기를 만들 수 있었습니다.이러한 가속기는 실리콘 회로와 완벽하게 통합되어 성능과 에너지 효율성을 높일 수 있습니다.

팀이 직면한 주요 과제는 다양한 전도 상태를 특성화하는 것이었지만 기존 장비로는 불가능하다는 것이 입증되었습니다.팀은 100만분의 1볼트 정도의 작은 전압을 측정할 수 있는 맞춤형 회로 기판을 설계하여 이러한 개별 상태를 전례 없는 정확도로 정확히 찾아냈습니다.

팀은 또한 이 과학적 발견을 기술적 위업으로 전환했습니다.그들은 원래 슈퍼컴퓨터로 생성된 James Webb 우주 망원경 데이터로부터 NASA의 상징적인 "창조의 기둥" 이미지를 탁상용 컴퓨터만으로 재현할 수 있었습니다.또한 기존 컴퓨터에 필요한 시간과 에너지의 일부만 사용하여 이 작업을 수행할 수 있었습니다.

팀에는 IISc의 여러 학생과 연구원이 포함되어 있습니다.Deepak Sharma는 회로 및 시스템 설계와 전기 특성화를 수행했고, Santi Prasad Rath는 합성 및 제작을 담당했으며, Bidyabhusan Kundu는 수학적 모델링을 담당했으며, Harivignesh S는 생체에서 영감을 받은 신경 반응 동작을 제작했습니다.이 팀은 또한 텍사스 A&M 대학교 교수인 Stanley Williams 및 리머릭 대학교 교수인 Damien Thompson과도 협력했습니다.

연구원들은 이 획기적인 발전이 인도의 AI 하드웨어 분야에서 가장 큰 도약 중 하나가 되어 인도를 글로벌 기술 혁신의 지도에 올릴 수 있다고 믿습니다.Navakanta Bhat, CeNSE 교수이자실리콘 전자이 프로젝트에서 회로 및 시스템 설계를 주도했습니다.

"눈에 띄는 것은 우리가 어떻게 복잡한 물리학과 화학에 대한 이해를 AI 하드웨어를 위한 획기적인 기술로 전환했는지입니다."라고 그는 설명합니다."인도 반도체 임무의 맥락에서 이 개발은 산업, 소비자 및 전략적 응용 분야에 혁명을 일으키는 게임 체인저가 될 수 있습니다. 이러한 연구의 국가적 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다."

전자정보기술부(Ministry of Electronics and Information Technology)의 지원을 받아 IISc 팀은 이제 완전히 고유한 통합 뉴로모픽 칩을 개발하는 데 주력하고 있습니다.

Goswami는 "이것은 재료부터 회로 및 시스템에 이르기까지 완전히 국내에서 개발된 노력입니다."라고 강조합니다."우리는 이 기술을 시스템온칩(system-on-a-chip)으로 변환하는 과정에 있습니다."