人工智能需要能量-解决方案:由量子材料制成的新人工智能硬件

新人工智能硬件

研究人员已经为人工智能开发了新的硬件。图片来源:普渡大学图片/王琪

量子材料可以抵消人工智能的能源需求。

为了解决难题或玩游戏,人工智能可以要求在数千台计算机上运行的软件。这可能是三个核植物在一小时内产生的能量。

一个工程师团队创造了一种可以使用一种目前运行在软件平台上的人工智能学习技能的硬件。在硬件和软件之间共享智能功能,将抵消在更高级的应用(如自动驾驶汽车或发现药物)中使用人工智能所需要的能量。

“软件正在接受人工智能的大部分挑战。普渡大学(Purdue University)材料工程教授施里拉姆·拉马纳坦(Shriram Ramanathan)说。

AI硬件开发仍处于早期研究阶段。研究人员在潜在的硬件中展示了AI,但尚未解决AI的大量能源需求。

量子材料学会数

对量子材料特性的模拟显示了它学习数字的能力,这是对人工智能的测试。图片来源:普渡大学图片/Shakti Wadekar

随着AI渗透了更多的日常生活,Ramanathan说,随着日常生活的更多日常生活,对具有大量能源需求的软件不可持续。如果硬件和软件可以共享智能功能,则硅的区域可能能够使用给定的能量输入来实现更多。

Ramanathan的团队是第一个在室温下展示人工“树状”记忆的内存。过去的研究人员只能在对电子设备过低的温度下在硬件中观察这种内存。

本研究的结果在期刊上发表自然通信

Ramanathan团队开发的硬件是由一种所谓的量子材料制成的。众所周知,这些材料具有经典物理学无法解释的特性。Ramanathan的实验室一直致力于更好地了解这些材料,以及如何利用它们来解决电子领域的问题。

软件使用树状记忆将信息组织成不同的“分支”,使这些信息在学习新技能或任务时更容易检索。

该策略的灵感来自于人类大脑如何分类信息和做出决定。

“人类在树木结构中记住事物。我们在“动物”中的“果实”和“大象”类别下记住了“苹果”,例如“动物”,“普渡大学工程学院Lillian Gilbreth博士后的Zhang。“模仿硬件中的这些功能可能有趣的脑卒中计算。”

研究小组在一种名为氧化钕镍的量子材料中引入了一个质子。他们发现,对质子周围的物质施加一个电脉冲。质子的每一个新位置都产生一个不同的电阻状态,这就产生了一个被称为记忆状态的信息存储位置。多个电脉冲产生一个由记忆状态组成的分支。

“我们可以通过利用量子机械效应来在材料中构建数千个内存状态。材料保持不变。我们只是在质子周围洗掉,“拉曼坦说。

通过模拟这种材料中发现的特性,研究小组表明,这种材料能够学习从0到9的数字。学习数字的能力是人工智能的一个基本测试。

在室温下用一种材料来演示这些树,是向证明硬件可以从软件中卸载任务迈出的一步。

Ramanathan说:“这一发现为人工智能开辟了新领域,这一领域在很大程度上被忽视了,因为将这种智能应用到电子硬件中还不存在。”

这些材料也可能有助于为人类创造一种方式,以便更自然地与AI通信。

“质子也是人类自然的信息传送者。通过质子传输的设备可能是最终实现与生物体直接沟通的关键部件,比如通过大脑植入。”张说。

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参考文献:“佩洛斯克石神经树”由海天张,伊万·哈森公园,伊万A. Zaluzhnyy,Qi Wang,Qi Wang,Shakti Nagnath Wadekar,Sukriti Manna,Robert Andrawis,彼得O. Sprau,Yifei Sun1,Zhen Zhang,Chengzi Huang,华Zhou, Zhan Zhang, Badri Narayanan, Gopalakrishnan Srinivasan, Nelson Hua, Evgeny Nazaretski, Xiaojing Huang, Hanfei Yan, Mingyuan Ge, Yong S. Chu, Mathew J. Cherukara, Martin V. Holt, Muthu Krishnamurthy, Oleg Shpyrko, Subramanian K.R.S. Sankaranarayanan, Alex Frano, Kaushik Roy and Shriram Ramanathan, 7 May 2020,自然通信
DOI:10.1038 / s41467-020-16105-y

加州大学圣地亚哥的研究人员研究了量子材料测试条。该团队在美国能源部的布鲁克海堡和argonne国家实验室使用同步罗朗设施,以证明电脉冲可以在钕镍氧化物内移动质子。其他合作机构是伊利诺伊大学,路易斯维尔大学和爱荷华大学

这项工作得到了普渡大学工程学院的Lillian Gilbreth奖学金,科学研究空军办公室和美国能源部。

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