Samsung Electronics vừa chia sẻ một góc nhìn mới về khả năng hiện thực hóa chip thần kinh bắt chước bộ não người. Phát hành dưới dạng luận văn quan điểm (Perspective paper), tài liệu cho thấy tầm nhìn của các kỹ sư và học giả hàng đầu thế giới về công nghệ bán dẫn tiên tiến.
Mang tên Điện tử thần kinh dựa trên sao chép não bộ (Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain), tài liệu là nghiên cứu khoa học của những nhân vật hàng đầu từ Samsung và Đại học Harvard.
Danh sách tác giả bao gồm Giáo sư, thành viên Viện Công nghệ Tiên tiến Samsung (SAIT) Donhee Ham, Giáo sư Đại học Harvard Hongkun Park, Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành Samsung SDS, cựu Giám đốc SAIT Sungwoo Hwang, Phó chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành Samsung Electronics Kinam Kim.
Hình ảnh của neuron thần kinh chuột trên CNEA (mảng điện cực nano CMOS). Ảnh: Samsung
Theo lời Samsung, bản chất của tài liệu này được tóm gọn bằng hai từ “copy” (sao chép) và “paste” (dán). Để sao chép hệ thống dây thần kinh của não bộ, luận văn gợi ý sử dụng một mảng điện cực nano đột phá do Giáo sư Ham và Giáo sư Park phát triển. Hệ thống sau đó được dán lên một mạng lưới mật độ cao ba chiều của bộ nhớ bán dẫn, công nghệ mà Samsung đang dẫn đầu thế giới.
Thông qua cách tiếp cận copy-paste, các tác giả hình dung một chip nhớ có đặc điểm tính toán độc nhất của não người như sử dụng năng lượng thấp, học hỏi dễ dàng, thích ứng với môi trường. Thậm chí chip còn có khả năng tự chủ và nhận thức, yếu tố giúp nó vượt quá tầm với của công nghệ hiện tại.
Về bản chất, bộ não người được tạo thành từ một lượng lớn các neuron thần kinh, kết nối với nhau bằng hệ thống dây thần kinh để thực hiện các chức năng. Vì vậy, nắm bắt được kiến thức về hệ thống sẽ là chìa khóa để con người có thể thiết kế ngược bộ não.
Được đưa ra vào những năm 1980, mục tiêu ban đầu của điện toán thần kinh (neuromorphic) là bắt chước cấu trúc và chức năng của hệ thống neuron thần kinh trên một con chip silicon. Tuy nhiên công việc ngay lập tức vấp phải khó khăn vì đến nay, cách các neuron thần kinh được nối lại, cùng nhau hoạt động vẫn còn là một dấu hỏi.
Do đó, mục tiêu của điện toán thần kinh đã được hạ thấp nhằm thiết kế một con chip "lấy cảm hứng” từ não bộ thay vì bắt chước một cách cứng nhắc.
Tài liệu của Samsung đề xuất tìm về mục tiêu ban đầu của điện toán thần kinh là mô phỏng ngược não bộ. Mảng điện cực nano có thể xâm nhập hiệu quả vào một lượng lớn các neuron thần kinh, ghi chép lại tín hiệu điện của chúng với độ nhạy cao. Các bản ghi chép nội bào khổng lồ này cho biết hệ thống dây thần kinh, vị trí các neuron thần kinh kết nối với nhau và độ bền của các kết nối này. Từ bản ghi chép, một hệ thống thần kinh có thể được trích xuất hoặc “copy” lại.
Hệ thống sau đó có thể được “paste” vào mạng lưới các bộ nhớ điện tĩnh, ví dụ như các bộ nhớ flash thương mại (ổ SSD) hoặc các bộ nhớ như RRAM (RAM có điện trở). Trong đó, độ dẫn của mỗi bộ nhớ được lập trình nhằm thể hiện độ bền của mỗi kết nối neuron trong hệ thống.
Samsung cho ra mắt tài liệu nghiên cứu với mục tiêu táo bạo. Ảnh: Samsung
Tài liệu còn tiến một bước xa hơn khi đề xuất phương pháp dán nhanh hệ thống neuron thần kinh vào mạng lưới bộ nhớ. Khi được điều khiển bởi tín hiệu đã ghi chép lại từ nội bào, mạng lưới các bộ nhớ điện tĩnh đặc biệt có thể học và thể hiện hệ thống neuron thần kinh. Sơ đồ này sẽ tải trực tiếp hệ thống của não lên chip nhớ.
Bộ não con người ước tính có khoảng 100 tỷ neuron thần kinh, thêm khoảng một nghìn lần kết nối thần kinh khác. Vậy nên chip thần kinh cuối cùng sẽ cần tới 100.000 tỷ bộ nhớ. Việc tích hợp lượng lớn bộ nhớ trên một con chip có thể khả thi khi sử dụng bộ nhớ 3D tích hợp. Đây là công nghệ đã mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp chip nhớ mà Samsung hiện có ưu thế.
Tận dụng kinh nghiệm trong lĩnh vực sản xuất chip, Samsung có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu điện toán thần kinh, xây dựng vị thế trong lĩnh vực chất bán dẫn AI thế hệ tiếp theo.
“Tầm nhìn mà chúng tôi đặt ra rất tham vọng. Tuy nhiên cố gắng vì mục tiêu quả cảm như vậy sẽ thúc đẩy ranh giới của cả trí thông minh máy móc, khoa học thần kinh và công nghệ bán dẫn", Giáo sư Ham nói.
