Samsung Electronics presenta una visión para “copiar y pegar” el cerebro en chips neuromórficos

En conjunto con investigadores de Harvard, Samsung presenta un nuevo enfoque para realizar ingeniería inversa del cerebro en un chip de memoria, en un artículo de Perspective publicado en Nature Electronics.

Samsung Electronics, líder mundial en tecnología de semiconductores avanzada, compartió hoy una nueva visión que lleva al mundo un paso más cerca de la realización de chips neuromórficos que pueden imitar mejor el cerebro. 

Concebido por los principales ingenieros y académicos de Samsung y la Universidad de Harvard, el avance fue publicado como un artículo de Perspective, titulado “Electrónica neuromórfica basada en copiar y pegar el cerebro”, por Nature Electronics. Donhee Ham, miembro del Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung (SAIT) y profesor de la Universidad de Harvard, profesor Hongkun Park de la Universidad de Harvard, Sungwoo Hwang, presidente y director ejecutivo de Samsung SDS y ex director de SAIT, y Kinam Kim, vicepresidente y director ejecutivo de Samsung Electronics son los coautores correspondientes.

Imagen de neuronas de rata en CNEA (matriz de nanoelectrodos CMOS).

La esencia de la visión presentada por los autores se resume mejor con dos palabras, “copiar” y “pegar”. El documento sugiere una forma de copiar el mapa de conexión neuronal del cerebro utilizando una matriz de nanoelectrodos innovadora desarrollada por el Dr. Ham y el Dr. Park, y pegar este mapa en una red tridimensional de alta densidad de memorias de estado sólido, la tecnología para que Samsung ha sido líder mundial.

A través de este enfoque de copiar y pegar, los autores prevén crear un chip de memoria que se aproxime a los rasgos informáticos únicos del cerebro (baja potencia, aprendizaje fácil, adaptación al entorno e incluso autonomía y cognición) que han estado más allá del alcance de la tecnología actual.

El cerebro está formado por una gran cantidad de neuronas y su mapa de cableado es responsable de las funciones del cerebro. Por lo tanto, el conocimiento del mapa es la clave para realizar ingeniería inversa del cerebro.

Si bien el objetivo original de la ingeniería neuromórfica, lanzada en la década de 1980, era imitar tal estructura y función de las redes neuronales en un chip de silicio, resultó difícil porque, incluso hasta ahora, se sabe poco sobre cómo se conectan las gran cantidad de neuronas. juntos para crear las funciones superiores del cerebro. Por lo tanto, el objetivo de la ingeniería neuromórfica se ha simplificado: diseñar un chip “inspirado” por el cerebro en lugar de imitarlo rigurosamente.

Este artículo sugiere una forma de volver al objetivo neuromórfico original de la ingeniería inversa del cerebro. La matriz de nanoelectrodos puede ingresar de manera efectiva a una gran cantidad de neuronas para que pueda registrar sus señales eléctricas con alta sensibilidad. Estas grabaciones intracelulares masivamente paralelas informan el mapa de cableado neuronal, indicando dónde se conectan las neuronas entre sí y qué tan fuertes son estas conexiones. Por lo tanto, a partir de estas grabaciones reveladoras, el mapa de cableado neuronal se puede extraer o “copiar”.

El mapa neuronal copiado se puede ‘pegar’ en una red de memorias no volátiles, como las memorias flash comerciales que se utilizan en nuestra vida cotidiana en unidades de estado sólido (SSD), o memorias ‘nuevas’ como el acceso aleatorio resistivo memorias (RRAM): programando cada memoria para que su conductancia represente la fuerza de cada conexión neuronal en el mapa copiado.

De izquierda a derecha: Donhee Ham, miembro del Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung (SAIT) y profesor de la Universidad de Harvard, Hongkun Park, profesor de la Universidad de Harvard, Sungwoo Hwang, presidente y director ejecutivo de Samsung SDS (ex director de SAIT) y Kinam Kim , Vicepresidente y director ejecutivo de Samsung Electronics

El artículo da un paso más y sugiere una estrategia para pegar rápidamente el mapa de cableado neuronal en una red de memoria. Una red de memorias no volátiles especialmente diseñadas puede aprender y expresar el mapa de conexión neuronal, cuando es impulsado directamente por las señales registradas intracelularmente. Este es un esquema que descarga directamente el mapa de conexiones neuronales del cerebro en el chip de memoria.

Dado que el cerebro humano tiene aproximadamente 100 mil millones de neuronas y mil veces más conexiones sinápticas, el chip neuromórfico definitivo requerirá 100 billones de memorias. La integración de una cantidad tan grande de memorias en un solo chip sería posible gracias a la integración 3D de memorias, la tecnología liderada por Samsung que abrió una nueva era para la industria de la memoria.

Aprovechando su experiencia líder en la fabricación de chips, Samsung planea continuar su investigación en ingeniería neuromórfica, con el fin de extender el liderazgo de Samsung en el campo de los semiconductores de inteligencia artificial de próxima generación.

“La visión que presentamos es muy ambiciosa”, dijo el Dr. Ham. “Pero trabajar hacia un objetivo tan heroico ampliará los límites de la inteligencia artificial, la neurociencia y la tecnología de semiconductores”.