Neuron chuột trên mảng điện cực nano. Ảnh: Samsung Electronics
Samsung Electronics giới thiệu cách thức mới để lưu giữ não người bằng chip nhớ trong bài báo xuất bản trên tạp chí Nature Electronics. Bài báo mang tên "Điện tử thần kinh dựa trên sao chép não bộ" (Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain) là kết quả nghiên cứu của giáo sư Ham Don-hee ở Đại học Harvard và Viện Công nghệ Tiên tiến Samsung, giáo sư Park Hong-kun ở Đại học Harvard, giám đốc điều hành Samsung SDS Hwang Sung-woo và Phó chủ tịch Samsung Electronics Kim Ki-nam.
Bài báo mô tả phương pháp sao chép bản đồ kết nối neuron trong bộ não bằng mảng điện cực nano do giáo sư Ham và giáo sư Park phát triển, và dán bản đồ này lên mạng lưới chip nhớ ba chiều mật độ cao. Thông qua phương pháp "chép và dán" này, nhóm nghiên cứu muốn tạo ra một chip nhớ phỏng theo những đặc điểm của não người như sử dụng ít năng lượng, học hỏi dễ dàng, thích nghi với môi trường, khả năng tự chủ và nhận thức, vốn vượt quá tầm với của công nghệ hiện tại. Bộ não bao gồm số lượng lớn neuron và hệ thống dây thần kinh kết nối chúng chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng. Nắm rõ hệ thống này là yếu tố chủ chốt giúp thiết kế ngược bộ não.
Lĩnh vực điện toán thần kinh ra đời vào thập niên 1980. Mục tiêu ban đầu là mô phỏng cấu trúc và chức năng của mạng lưới neuron trong não bộ trên chip silicon. Nhưng ý tưởng này rất khó thực hiện do giới nghiên cứu biết rất ít về cách lượng lớn neuron kết nối với nhau để thực hiện những chức năng cao hơn của bộ não. Do rào cản trên, mục tiêu của điện toán thần kinh chuyển thành thiết kế chip lấy cảm hứng từ bộ não thay vì mô phỏng.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới của Samsung và Đại học Harvard hướng tới 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 neuron để ghi chép tín hiệu điện của chúng với độ chính xác cao. Các bản ghi chép nội bào khổng lồ này cung cấp thông tin về hệ thống dây thần kinh, vị trí neuron kết nối với nhau và độ mạnh của kết nối. Từ ghi chép, nhóm nghiên cứu có thể trích xuất bản đồ kết nối thần kinh.
Bản đồ thần kinh sau đó có thể được "dán" vào mạng lưới chip nhớ điện tĩnh như bộ nhớ flash thương mại (ổ SSD) hoặc bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ điện trở (RRAM). Độ dẫn của mỗi chip nhớ được lập trình để thể hiện độ mạnh của mỗi kết nối neuron trong bản đồ đã sao chép.
Tài liệu còn tiến xa hơn khi đề xuất phương pháp dán nhanh bản đồ neuron thần kinh vào mạng lưới bộ nhớ. Khi được điều khiển trực tiếp bởi tín hiệu đã ghi chép từ nội bào, mạng lưới bộ nhớ điện tĩnh đặc biệt có thể học và thể hiện bản đồ kết nối neuron. Sơ đồ này sẽ tải trực tiếp hệ thống của bộ não lên chip nhớ.
Do bộ não con người có ước tính khoảng 100 tỷ neuron thần kinh và số lượng kết nối khớp thần kinh lớn gấp khoảng 1.000 lần, chip thần kinh cuối cùng sẽ cần tới 100.000 tỷ neuron và khớp thần kinh ảo. Việc tích hợp lượng lớn bộ nhớ trên một con chip có thể khả thi nhờ công nghệ bộ nhớ 3D tích hợp. Đây là công nghệ đã mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp chip nhớ mà Samsung đang đi đầu.
An Khang (Theo Interesting Engineering)