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

Samsung ha presentado junto a investigadores de Harvard un nuevo enfoque para la ingeniería inversa del cerebro en un chip de memoria, en un artículo publicado en Nature Electronics

Samsung Electronics Co., Ltd., líder mundial en tecnología de semiconductores avanzados, ha publicado un artículo sobre la realización de chips neuromórficos que puedan imitar mejor el funcionamiento del cerebro.

Esta idea, desarrollada por los ingenieros y académicos de Samsung y la Universidad de Harvard, se ha publicado en la revista Nature Electronics con el título “Electrónica Neuromórfica basada en copiar y pegar el cerebro”. En concreto, los autores han sido Donhee Ham, miembro del Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung (SAIT), Hongkun Park, profesor de la Universidad de Harvard, Sungwoo Hwang, presidente y Director General de Samsung SDS y ex director del SAIT, y Kinam Kim, Vicepresidente y Director General de Samsung Electronics.

La visión presentada por los autores se resume mejor con las palabras “copiar” y “pegar”. El artículo sugiere una forma de copiar el mapa de conexiones neuronales del cerebro utilizando una innovadora matriz de nanoelectrodos creada por el Dr. Ham y el Dr. Park, y de pegar este mapa en una red tridimensional de alta densidad de memorias de estado sólido, tecnología en la que Samsung ha sido líder mundial durante muchos años.

Mediante este método de “copiar y pegar”, los autores prevén crear un chip de memoria que se aproxime a los rasgos informáticos únicos del cerebro que han estado fuera del alcance de la tecnología, como pueden ser un bajo consumo, la facilidad de aprendizaje, la adaptación al entorno e incluso autonomía y el procesamiento de la información.

El cerebro está formado por un gran número de neuronas, y su mapa de cableado es el responsable de las funciones del cerebro. De esta forma, el conocimiento de este mapa es la clave para la ingeniería inversa del cerebro.

Aunque el objetivo original de la ingeniería neuromórfica, que comenzó en la década de 1980, era imitar la estructura y función de las redes neuronales en un chip de silicona; fue un reto difícil porque, incluso hasta ahora, se sabe muy poco sobre cómo se conecta un gran número de neuronas para crear las funciones superiores del cerebro. Por lo tanto, el nuevo objetivo de esta disciplina ha sido diseñar un chip “inspirado” en el cerebro, en lugar de imitarlo rigurosamente.

Este trabajo sugiere una forma de volver al objetivo neuromórfico de la ingeniería inversa del cerebro. La matriz de nanoelectrodos puede introducirse eficazmente en un gran número de neuronas para registrar sus señales eléctricas con gran delicadeza. Estas grabaciones intracelulares informan del mapa de cableado neuronal, indicando dónde se conectan las neuronas entre sí y la fuerza de estas conexiones. Por lo tanto, a partir de estos registros se puede extraer, o “copiar”, el mapa de cableado neuronal.

El mapa neuronal copiado puede entonces “pegarse” a una red de memorias no volátiles -como las memorias flash, las unidades de estado sólido (SSD) o “nuevas” memorias como las de acceso aleatorio resistivas (RRAM)- programando cada una para que su conductancia represente la fuerza de cada conexión neuronal en el mapa copiado.

Los autores son Donhee Ham, miembro del Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung (SAIT), Hongkun Park, profesor de la Universidad de Harvard, Sungwoo Hwang, presidente y Director General de Samsung SDS y ex director del SAIT, y Kinam Kim, Vicepresidente y Director General de Samsung Electronics

El artículo da un paso más y sugiere una estrategia para “pegar” rápidamente el mapa de conexiones neuronales en una red de memoria. Una red de memorias no volátiles, cuando es conducida directamente por las señales registradas intracelularmente, puede aprender y expresar el mapa de conexiones neuronales. Se trata de un esquema que descarga directamente el mapa de conexiones neuronales del cerebro en el chip de memoria.

Dado que el cerebro humano tiene unos 100.000 millones de neuronas y unas mil veces más conexiones sinápticas, el chip neuromórfico definitivo requerirá unos 100 billones de memorias. La integración de un número tan elevado de memorias en un solo chip sería posible gracias a la integración de memorias en 3D, una tecnología liderada por Samsung que abrió una nueva era en la industria de almacenamiento.

Aprovechando su experiencia en la fabricación de chips, Samsung tiene previsto continuar su investigación en ingeniería neuromórfica, con el fin de ampliar su liderazgo en el campo de los semiconductores de IA de próxima generación.

Según el DR. Ham, “la visión que presentamos es muy ambiciosa, pero trabajar para conseguir un objetivo tan heroico superará los límites de la inteligencia artificial, la neurociencia y la tecnología de semiconductores”.