スパイク発生分子素子を利用した確率的コンピューティン物理実装とそのAI応用

利用尖峰生成分子器件进行随机计算的物理实现及其人工智能应用

• 批准号: 22KJ0091
• 负责人: KAN SHAOHUA
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0091/
• 关键词: 人工知能; 非伝統計算; 自然物理系

人工知能がますます大規模化・知能化するにつれて、従来のハードウェアシステムでは計算複雑さを満たすことが難しくなっている。そこで研究人は、分子素子をAI計算に応用して、ハードウェア計算システムの面積と電力消費量を減らす研究に取り組んできました。当該年度1つ目の研究では、シリコンベースの金電極の間にPOM分子（Phosphomolybdic acid(PMo12)）を充填し、ソース電極に電圧を印加すると、POM分子がスポンジのように大量の電荷を蓄積できるという特性を利用して、ドレイン電極に時間に沿ってランダムに大小の応答電流を発生させました。研究人は、この分子デバイスの動作メカニズムをシミュレートしたモデルを構築し、このデバイスをランダム計算に適用してハードウェアのオーバーヘッドを最適化する方法を提案しました。2つ目の研究は、ミクロンスケールの平面電極群で、一方が入力電極群、もう一方が出力電極群と平行になっています。平面電極の表面に溶液滴を加え、入力電極に電圧をかけ、マルチプレスシステムで各出力電極の応答電流を順次読み取ります。このようなシステムでは単純な水でも複雑な計算能力を実現できることを発見しました。3つ目はオランダのトゥウェンテ大学との共同研究です。研究人は、訪問先の研究室で設計したシリコン上に原子をドープしたネットワークが示す短期記憶と電極間の相互関連を利用して、時空間の特徴を効率的に抽出・処理し、学習訓練を行うジェスチャー認識分類器を設計しようとしました。

Artificial intelligence has become increasingly difficult to scale up and develop in the future. The researchers are studying how to reduce the area and power consumption of molecular AI calculations. In the first year of this year, the research focused on the filling of POM molecules (Phosphomolybdic acid (PMo12)) between the gold electrodes, the increase of the voltage of the electrodes, the accumulation of a large amount of charge in the POM molecules, the utilization of the characteristics of the electrodes, and the generation of the response current along the time scale. The researchers propose a method for optimizing the structure and calculation of molecular motion parameters. 2. The research of the present invention includes the following aspects: plane electrode group, input electrode group and output electrode group. The surface of the plane electrode is applied with solution, and the voltage of the input electrode is changed. This is the first time I've seen this. 3. Joint research between universities The researchers visited the previous laboratory to design the atomic classifier to show the correlation between short-term memory and temporal spatial characteristics.

项目成果

A physical system that enables reservoir computing through electrochemical reactions

通过电化学反应实现储层计算的物理系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Misaka Tomoki;Kajimoto Kentaro;Araki Kento;Otsuka Yoichi;Matsumoto Takuya;Takuya Matsumoto;S. Kasai;谷洋介;Takuya Matsumoto;松本卓也;S. Kasai and S. Saito;S. Kasai and M. Aono;葛西誠也;葛西誠也;Akai-Kasaya M.
• 通讯作者: Akai-Kasaya M.

トゥウェンテ大学/ナノエレクトロニクス(NE)(オランダ)

特文特大学/纳米电子学 (NE)（荷兰）