Официально


В Минобрнауки состоялась встреча заместителя министра образования и науки Павла Зеньковича с президентом фонда «Альянс Франсез» Жеромом Клеманом. В ходе переговоров обсуждались вопросы популяризации русского языка во Франции и французского - в России, а также перспективы сотрудничества в области образования и молодежных обменов.



Премьер-министр Дмитрий Медведев назначил Дениса Бриля заместителем руководителя ФАНО. Новый заместитель главы ФАНО - кандидат экономических наук, академик РАЕН, член-корреспондент Международной академии информационных технологий.



На очередном заседании Правительства РФ была затронута тема участия российских университетов в Проекте 5-100. «Цель остается прежней: чтобы как минимум пять российских университетов вошли в мировой топ. В этом году субсидии получит 21 университет», - сказал премьер Дмитрий Медведев.






Новости № 7(2017)

Регионы


Дальневосточный федеральный университет и Фонд “Сколково” заключили соглашение о сотрудничестве. Документ подписали проректор по развитию ДВФУ Дмитрий Земцов и вице-президент фонда по региональному и международному развитию Юрий Сапрыкин на полях Open Innovations Startup Tour в Хабаровске.

Делегация Самарского университета приняла участие в заседании научного и технического подкомитета Комитета по мирному использованию космического пространства Генеральной Ассамблеи ООН. Встреча прошла в Вене.

“Наука и техника в Якутии” - единственный на Дальнем Востоке научно-популярный журнал - отмечает 15-летие. В издании, выпускаемом учеными-энтузиастами, опубликовано более 1000 научно-популярных статей. Оно стало путеводителем в мире современной якутской науки.

СНГ


Интердайджест


Генно-инженерная бактерия, разрушающая клетки раковой опухоли, испытана на мышах. Об этом сообщает журнал Science Translational Medicine.

Генная терапия с использованием синтетического вектора излечила мышей от глухоты. Подробности - в Medical News Today.

Предложение рассмотреть идею отправки на спутник Юпитера Европу посадочного модуля поступило в НАСА. С подробностями - SpaceDaily.


Воспитанники 5 класса Тобольской духовной семинарии по окончании нынешнего учебного года все без исключения выходят из семинарии, так что в будущем 1917/1918 учебном году в Тобольской семинарии выпускного 6 класса не будет. Это явление в жизни семинарии неслыханное.




















Пределы совершенства. Каково будущее нейроморфных вычислительных систем?
Наука
№ 33-34(2015)

21.08.2015


- Создание искусственных нейронных сетей, имеющих сходство с работой головного мозга человека, - одно из перспективных направлений развития ИT-технологий. Но прежде чем говорить о реализации эффективных нейроморфных систем, или “электронного мозга”, необходимо разработать новую аппаратную базу, моделирующую деятельность и взаимосвязи десятков тысяч нервных клеток. Подобные исследования проводятся в ведущих научных центрах США и Европы, а с недавних пор и в России. Полтора года назад Российским научным фондом был поддержан проект группы ученых из МФТИ по созданию функциональных прототипов электронных синапсов и построению на их основе теоретической модели нейроморфной вычислительной системы. Руководитель проекта, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники, кандидат физико-математических наук Андрей Зенкевич (на верхнем снимке) рассказал в беседе с корреспондентом “Поиска”, как ученые пытаются “догнать” живую природу. В разговоре также приняли участие его молодые коллеги и активные участники проекта РНФ - старший научный сотрудник лаборатории Юрий Матвеев и заместитель руководителя ЦКП МФТИ, научный сотрудник лаборатории Дмитрий Негров.
- Андрей Владимирович, давайте начнем по порядку: как получилось, что за решение столь масштабной задачи взялась вузовская лаборатория?
- В рамках участия в Проекте 5-100 на Физтехе сменилась парадигма: многие исследования, которые раньше велись на базовых кафедрах в академических и отраслевых НИИ, решено перенести в кампус вуза. Был объявлен конкурс, созданы несколько десятков новых лабораторий, часть которых ведет фундаментальные исследования, часть - научно-прикладные. Открытая полтора года назад лаборатория функциональных материалов и устройств для наноэлектроники относится ко второму типу, она нацелена на сотрудничество с компанией ОАО “НИИМЭ и Микрон”, которая ставит задачу разработать новые технологии создания устройств энергонезависимой памяти, и МФТИ - один из партнеров в ее решении. Наши амбиции в реализации проекта по гранту РНФ возникли не на пустом месте: несколько лет назад в МФТИ было закуплено современное ростовое, аналитическое и технологическое оборудование для Центра коллективного пользования, создана “чистая зона”, что позволяет комбинировать изготовление экспериментальных устройств на промышленных линиях “Микрона” и в университетских лабораториях. А главное, на Физтех удалось привлечь знающих людей, в том числе из-за рубежа, для того чтобы здесь правильно организовать науку. Одним словом, не будет преувеличением сказать, что сейчас созданы для ученых все условия, и теперь сделаем мы что-то передовое или нет - зависит только от нас.
- Какова научная предыстория проекта?
- Сегодня в большинстве энергонезависимых запоминающих устройств используется память “флэш”, в основе изготовления которой - стандартные кремниевые технологии. Но, несмотря на все ее преимущества, и у нее есть ограничения и недостатки, поэтому существует потребность в устройствах энергонезависимой памяти, построенной на альтернативных принципах. Такова память, работающая на эффекте обратимого резистивного переключения, который наблюдается в некоторых тонкопленочных структурах. Представьте изначально изолирующую пленку материала, в которой при приложении строго определенного напряжения возникает “контролируемый” пробой, после чего она становится проводящей. Оказывается, существуют такие материалы и такие условия, которые позволяют “залечить” пробой при приложении напряжения обратной полярности (или большей амплитуды), после чего пленка снова становится изолирующей. Таким образом, у нас есть два состояния - “0” и “1”, а значит, возможно создать на основе подобных материалов бинарную память без всяких транзисторов: два электрода, а между ними - тонкая пленка. Эффекты обратимого резистивного переключения обнаружили давно, но поначалу совсем плохо понимали стоящие за ними физические механизмы и не задумывались об их использовании для создания устройств памяти. Активно резистивная память исследуется в последние 5-10 лет - отчасти потому, что крупные компании увидели здесь возможности коммерциализации: описанная технология позволяет делать миниатюрные устройства, которые по энергопотреблению и скорости записи гораздо лучше традиционной флэш-памяти.
- Где они могут использоваться?
- Одно из применений - в смартфонах, которые потребляют сегодня достаточно много энергии, из-за чего их приходится постоянно подзаряжать. Если бы энергопотребление этих устройств удалось сократить в несколько или даже несколько десятков раз, было бы отлично! А плюс к этому, повторюсь, они могут работать гораздо быстрее, чем флэш-память...
- Резистивная память, как можно догадаться, не единственная замена флэш-па-мяти...
- Верно. Различных концепций энергонезависимой памяти сегодня достаточно много. Это и магниторезистивная, и сегнетоэлектрическая, и память на фазовых переходах... Какой в итоге вариант будет широко коммерциализован - вопрос открытый. Здесь сыграют роль цена, надежность и воспроизводимость. Одно из преимуществ элементов резистивной памяти состоит в том, что для их изготовления можно использовать те материалы, которые уже применяются в кремниевых технологиях, например оксид гафния. Кстати, совсем недавно компании Intel и Micron (США) объявили о выводе на рынок в следующем году устройств энергонезависимой памяти огромной емкости на основе резистивного переключения, хотя подробностей пока не приводят.
Если уж зашла речь об эволюции устройств памяти, необходимо остановиться на сравнительно недавнем открытии, у которого также есть своя предыстория. В то время, когда экспериментаторы еще и не думали о резистивной памяти, теоретики развивали теорию электрических цепей. Так, в 1971 году профессор Калифорнийского университета в Беркли Леон Чуа (Leon O. Chua) сформулировал идею мемристора (memristor, от memory - “память” + resistor - “электрическое сопротивление”). В отличие от резистора, значение сопротивления которого всегда одинаково, сопротивление мемристора зависит от “предыстории”, то есть от того, как долго пропускать через него ток. Чем дольше проходит ток, тем сильнее уменьшается его сопротивление. Причем если пустить ток в обратном направлении, то сопротивление начнет снова увеличиваться. Такие элементы были экспериментально созданы в 2008 году командой исследователей из компании Hewlett Packard под руководством физика Стэнли Уильямса (R. Stanley Williams). Кстати, первый автор в той знаменитой статье в Nature - выходец из России, выпускник физтеха Дмитрий Струков.
- В чем достоинства таких устройств?
- Достоинство в том, что мемристор может принимать не только стандартные для обычных устройств цифровой памяти положения “0” или “1”, но и любые значения в промежутке между ними, то есть способен работать как в цифровом (дискретном), так и в аналоговом режиме. В результате появились идеи, что на основе мемристоров можно создавать вычислительные сети, аналогичные сетям нейронов головного мозга.
- Довольно неожиданный переход от элементов электрической цепи к нейронным связям!
- В 1980-е годы биологи исследовали, как работают синапсы головного мозга, и обнаружили, что их поведение подчиняется математической модели мемристора, предложенного Чуа. То есть синапс нервной системы - это один из примеров биологического мемристора.
- Придется напомнить, как работают синапсы...
- Хорошо. Хотя мы не биологи, но поневоле этот вопрос изучили. Мозг состоит из огромной сети нейронов, каждый из которых представляет ядро с подходящими и отходящими от него “нитями” (соответственно, дендритами и аксонами), соединяющими его с другими нейронами. По дендритам и аксонам проходят сигналы - нервные импульсы. Место пересечения или контакта “нитей” соседних нейронов - это и есть синапсы. В биологическом мозге в синапсах в результате подачи нервных импульсов протекают химические процессы, которые изменяют их “передаточную функцию” и “вес” в зависимости от того, какие сигналы проходят по перекрещивающимся “нитям”. Но в модельном представлении можно считать их электрическими устройствами, только не с фиксированным, а с переменным сопротивлением. В нашем мозге они образуют гигантскую и чрезвычайно сложную сеть - примерно 100 миллиардов нейронов, каждый из которых соединен с тысячами других! Как в результате организована наша память, а тем более сознание - до сих пор не совсем понятно, но есть важные догадки и построенные на них очень упрощенные модели, которые можно пытаться воспроизвести, как говорится, “в железе”.
- Как же повторить то, что создано природой, если не понятен принцип действия? Да и нужно ли?
- Нужно. Мозг работает очень эффективно в решении многих задач, например, в области классификации объектов или распознавания образов. Вы видите 1000 лиц, и среди них за долю секунды находите то, которое нужно. И несмотря на то что в мозге нет ничего очень “быстрого”: любой сигнал проходит примерно за 0,1 секунды, распознавание образов происходит за такое же время, то есть за один такт, так как вся информация процессируется параллельно, а не последовательно, как в современных компьютерах. Вот в этом и заключаются посыл и естественные амбиции попытаться сделать что-то похожее. Сейчас предпринимаются попытки построить систему, элементы которой - “слои нейронов”, а связи между ними - “синапсы”, веса которых, то есть сила этих связей, будут меняться, но главное при этом, что обработка входящей информации происходит параллельно. Это и есть нейроморфные вычислительные сети. Понятно, что об их создании люди думали и раньше. Но если до недавнего времени (2008 год) речь шла о том, что каждый нейрон и синапс необходимо моделировать громоздким (несколько десятков) набором стандартных кремниевых транзисторов, то теперь можно изготовить “синапс” нанометровых размеров - гораздо меньше, чем в биологическом мозге.
Юрий Матвеев: - Большинство современных методов распознавания и классификации образов базируются на так называемых bio-inspired (“вдохновленных природой”) технологиях. Они работают на основе математических моделей нейросетей, которые как раз были “вдохновлены” исследованиями мозга. Математика помогает делать что-то проще, эффективнее, но главная проблема в том, что нейронная сеть обсчитывается на обычном цифровом компьютере, и компьютер в данном случае чудовищно неэффективен: он тратит огромное количество энергии, но все равно не справляется со многими задачами, которые мы без труда решаем “в уме”. И хотя в нашей голове нет ничего маленького, никаких нанотехнологий (все аксоны длинные, синапсы большие), человеческий мозг объемом 1 литр и потребляемой мощностью около 100 Вт - само совершенство. А компьютеры, которые могут хоть в малой степени воспроизвести его функциональность, занимают целые залы и требуют мегаватты мощности...
- Таким образом, решение проблемы - в создании искусственных нейросетей. Есть ли успехи в этом направлении?
Андрей Зенкевич: - 95 процентов нейроморфной науки - это попытка создать новые модели, которые будут эффективно работать на обычных компьютерах, например обсчитывать изображения. Сложность в том, что нейронную сеть надо очень тонко настраивать, обучать. Прорыв возник в тот момент, когда группа из Hewlett Packard сообщила о созданном мемристоре. Был очень большой резонанс и очень большие ожидания: “Создан электронный синапс!” Ребята из HP показали, что такие устройства могут быть компактнее реальных структур мозга и иметь размеры 10х10х10 кубических нанометров. То есть сегодня научились делать устройства, которые функционально напоминают синапсы, в том числе и по энергопотреблению. Теперь надо реализовать нейронные сети “в железе”, то есть научиться изготавливать их на чипах. И это - передний край мировой науки. Считаные научные группы в мире демонстрируют какую-то функциональность нейронных сетей с использованием мемристоров для распознавания пока очень простых образов, например цифр. Необходимо научиться работать с этими элементами, матрицами из них для того, чтобы дальше, используя нейроны, которые тоже выполнены “в железе”, но по традиционной кремниевой технологии, построить нейронные сети и продемонстрировать, как с их помощью удается производить вычисления, классифицировать, распознавать объекты.
- А как выглядят ваши достижения в решении этой задачи?
- Мы добились от элементов резистивной памяти свойств мемристоров, где будет переключение не резкое, а плавное, где можно множество раз увеличивать и уменьшать сопротивление, то есть добиться их “пластичности”. Для этого такие структуры надо было научиться растить, формировать в наноразмерных устройствах, а затем заставить правильно работать. Сегодня мы уже научились это делать, умеем экспериментально получать индивидуальные мемристоры. Но идея нашего проекта заключается в том, чтобы использовать не индивидуальные мемристоры, а попытаться сделать из них хотя бы небольшие матрицы. Это тоже проблема, которую не перепрыгнешь, потому что добиться воспроизводимости характеристик мемристоров, если их не 1 или 2, а десятки, не так просто. Сейчас мы хотим использовать матрицы мемристоров для того, чтобы на их основе разработать соответствующую архитектуру. То есть то, как это будет выглядеть “в железе”. В качестве синапсов в нашем проекте предполагаются мемристоры, а в качестве нейронов будут изготовлены устройства на кремниевых чипах по стандартной технологии компании “Микрон”. Вот в чем наш большой план.
- Вы собираетесь штурмовать серьезные высоты...
Дмитрий Негров: - Насколько нам известно, нигде в мире реализовать такую систему полностью “в железе” пока не удалось. В этом смысле планы у нас мирового уровня. Строго говоря, в проекте РНФ мы их и не заявляли. Мы собирались делать мемристоры, проверять их синаптические свойства, строить из них матрицы и получить какой-то простейший демонстратор на основе всего этого, чтобы затем выстраивать компьютерные модели нейроморфных систем. То есть мы не рассчитывали на изготовление даже простейшего нейрочипа, который был бы полностью самодостаточен. Но если в ближайшем будущем мы этот чип получим (а предпосылки есть), тогда можно будет говорить о результате мирового класса!


Беседовала Светлана БЕЛЯЕВА
Фото Николая СТЕПАНЕНКОВА  
 


 

Отзывы

Чтобы оставить отзыв необходимо авторизоваться или зарегистрироваться



 

Статьи на тему

Лабораторная работа
Новые разработки российских ученых готовы к применению и на Земле, и в космосе. Опора на информационные технологии объединяет интеллектуальные продукты, которые мы представляем читателям “Поиска”. /№ 7(2017)
Сон - не в руку. Безопасность водителя обеспечивает наукоемкий браслет.
Новостной поток ежедневно приносит сообщения об авариях на дорогах страны, и, как показывает международная статистика, примерно 4-5% ДТП случаются из-за плохого состояния водителей, чаще всего - засыпания за рулем, которое фиксируется в сводках происшествий короткой фразой: “Не справился с управлением”. Как выяснилось в беседе с генеральным директором ЗАО “Нейроком” доктором технических наук Валерием Дементиенко, у ученых есть надежные разработки для решения проблемы. /№ 7(2017)
Сели на мели. Для спасения Дона нужна государственная экологическая программа.
В октябре прошлого года жители Ростова-на-Дону стали свидетелями невиданного ранее зрелища: посреди рекордно обмелевшей реки образовались острова. Навигация на обычно оживленной реке замерла, а в бухгалтериях транспортных компаний подсчитывали многомиллионные убытки. В чем причина этих событий, как они связаны между собой? По просьбе редакции на эти вопросы отвечает известный российский океанолог академик Геннадий ­МАТИШОВ, возглавляющий Южный научный центр РАН. /№ 7(2017)

Новости


В день рождения российских студенческих отрядов в Министерстве образования и науки состоялся круглый стол, посвященный перспективам развития РСО. В дискуссии приняли участие вице-премьер Правительства РФ по спорту Виталий Мутко и глава Минобрнауки Ольга Васильева.



Жилищная комиссия ФАНО утвердила список молодых ученых - получателей социальной выплаты на приобретение жилых помещений в 2017 году. Первые 26 человек стали участниками мероприятия по обеспечению жильем молодых ученых подпрограммы «Обеспечение жильем отдельных категорий граждан» ФЦП «Жилище» на 2015-2020 годы.



Правление РНФ утвердило результаты «первой волны» отчетной кампании фонда за 2016 год. На суд экспертных советов поступило более 1300 отчетов по проектам, поддержанным в рамках конкурсов 2015 и 2016 годов, и 16 отчетов по программам конкурса 2014 года, сообщает пресс-служба Российского научного фонда.



Глава ФАНО Михаил Котюков принял участие в губернаторском приеме в честь Дня российской науки в Кемерове, основной темой которого стала интеграция образования, науки и производства в регионе, сообщает сайт федерального агентства.



На сайте мэра Москвы - mos.ru - в разделе «Услуги и сервисы» появилась возможность подавать заявление на государственную аккредитацию образовательной деятельности в электронном виде. Больше не нужно очно обращаться в орган, осуществляющий аккредитацию образовательной деятельности: теперь это можно сделать онлайн в любое удобное время.

Конференции


Перечень научных конференций, симпозиумов, съездов, семинаров и школ, проводимых подведомственными ФАНО России организациями в 2017 году и перечень совещаний, конференций, съездов, симпозиумов, семинаров и школ, регулярно проводимых Российской академией наук в 2017 году.

Центр научно-информационных исследований по науке, образованию и технологиям ИНИОН РАН проводит Ежемесячный московский городской семинар по науковедению (научный руководитель - профессор А.И.Ракитов).

Перечень научных конференций, симпозиумов, съездов, семинаров и школ, проводимых подведомственными ФАНО России организациями в 2017 году.

Текущие конкурсы


Фонд изучения глобальных рисков (The Global Challenges Foundation) запустил международный конкурс (с призовым фондом в 5 миллионов долларов), который определит перспективные модели международного сотрудничества для преодоления значимых угроз человечеству, среди которых: изменение климата, применение оружия массового поражения и крайняя бедность.

Новые темы конкурса 2017 года проектов ориентированных фундаментальных научных исследований по актуальным междисциплинарным темам.

Конкурс проектов фундаментальных научных исследований, проводимый федеральным государственным бюджетным учреждением “Российский фонд фундаментальных исследований” совместно с Немецким научно-исследовательским сообществом (Германия).

Конкурс проектов 2018 года фундаментальных научных исследований, проводимый Российским фондом фундаментальных исследований совместно с организациями - участниками Совместной исследовательской программы “Научное и инновационное пространство восточной Азии”.

Российская академия наук объявляет конкурс на соискание премии имени И.С.Шкловского, присуждаемой отечественным ученым за выдающиеся работы в области астрофизики.

Вакансии


17.02.2017
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН) объявляет конкурс на замещение вакантных должностей...

23.12.2016
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования и науки Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук объявляет конкурс на замещение следующих вакантных должностей...

16.12.2016
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук объявляет конкурс на замещение вакантных должностей...





опрос

Какие рубрики нашей газеты Вам наиболее интересны?




Copyright 2010
Главная страница   |   О газете  |  Партнеры  |  Команда Поиска  |  Вакансии