MIT의 새로운 AI 칩은 인간 뇌의 시냅스보다 100만 배 빠릅니다

매사추세츠 공과대학교(MIT)의 연구팀은 이전에 개발된 인간 제작 아날로그 시냅스의 속도 한계를 끌어올리기 위해 작업해왔습니다. 이 시냅스는 제작 비용이 저렴하고 에너지 효율이 높으며 더 빠른 계산을 약속합니다.

다학제 팀은 아날로그 딥 러닝의 중심 구성 요소인 프로그래머블 저항기를 사용했습니다. 이는 디지털 프로세서를 구축하기 위한 핵심 요소인 트랜지스터와 유사합니다.

저항기는 반복 배열로 구축되어 인공 “뉴런”과 “시냅스”의 복잡하고 층이 있는 네트워크를 생성하여 디지털 신경망처럼 계산을 수행합니다. 이러한 네트워크는 이미지 인식 및 자연어 처리와 같은 복잡한 AI 작업을 수행하도록 훈련될 수 있습니다.

연구자들은 그들의 장치가 이전 버전보다 100만 배 더 빠르게 작동할 수 있도록 하는 실용적인 무기물 소재를 제작 과정에 사용했습니다. 이 연구는 그것이 인간 뇌의 시냅스보다 약 100만 배 빠르다고 주장했습니다.

또한, 이 유기 물질은 저항기를 매우 에너지 효율적으로 만듭니다. 장치의 이전 버전에서 사용된 물질과 달리, 새로 개발된 물질은 실리콘 제작 기술과 호환되며 딥 러닝 응용 프로그램을 위한 상업용 컴퓨팅 하드웨어에 통합될 수 있는 길을 열 수 있습니다.

“이 중요한 통찰력과 MIT.nano에서 우리가 가진 매우 강력한 나노 제작 기술 덕분에 우리는 이러한 요소들을 결합하여 이 장치들이 본질적으로 매우 빠르고 합리적인 전압으로 작동한다는 것을 입증할 수 있었습니다. 이 작업은 이제 이러한 장치들이 미래의 응용 프로그램에 대해 매우 유망하게 보이도록 만들었습니다.”라고 MIT 전기공학 및 컴퓨터 과학(EECS) 학부의 돈너 교수인 Jesús A. del Alamo가 말했습니다.

“장치의 작동 메커니즘은 절연 산화물에 가장 작은 이온인 양성자를 전기화학적으로 삽입하여 전자 전도성을 조절하는 것입니다. 우리는 매우 얇은 장치로 작업하고 있기 때문에 강한 전기장을 사용하여 이 이온의 움직임을 가속화하고 이러한 이온 장치를 나노초 작동 영역으로 밀어낼 수 있었습니다.”라고 원저자인 Bilge Yildiz가 설명했습니다. 그는 원자력 과학 및 공학과 재료 과학 및 공학 부서의 Breene M. Kerr 교수입니다.

“생물 세포의 작용 전위는 약 0.1볼트의 전압 차이가 물의 안정성에 의해 제한되기 때문에 밀리초의 시간 척도로 상승하고 하강합니다.”라고 원저자인 Ju Li가 말했습니다. 그는 원자력 과학 및 공학의 Battelle Energy Alliance 교수이자 재료 과학 및 공학 교수입니다. “여기서는 양성자를 전도하는 나노 규모 두께의 특수 고체 유리 필름에 최대 10볼트를 적용하여 영구적으로 손상시키지 않고도 적용합니다. 그리고 전기장이 강할수록 이온 장치가 더 빨라집니다.”라고 그는 덧붙였습니다.

이 프로그래머블 저항기는 신경망 훈련 속도를 크게 증가시키면서 훈련을 수행하는 데 드는 비용과 에너지를 상당히 줄입니다.

최신 개발은 과학자들이 딥 러닝 모델을 훨씬 더 빠르게 개발하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 자율주행차, 사기 탐지 및 의료 이미지 분석과 같은 용도에 적용될 수 있습니다.

“아날로그 프로세서를 가지게 되면, 더 이상 다른 사람들이 작업하는 네트워크를 훈련하지 않을 것입니다. 당신은 다른 누구도 감당할 수 없는 전례 없는 복잡성을 가진 네트워크를 훈련하게 될 것이며, 따라서 모든 이들을 크게 능가할 것입니다. 다시 말해, 이것은 더 빠른 자동차가 아니라 우주선입니다.”라고 주 저자이자 MIT 박사후 연구원인 Murat Onen이 덧붙였습니다.

이 연구의 결과는 ‘Science’ 저널에 발표되었습니다.