Встречайте Edge AI — революция в обработке данных в реальном времени

Исследователи создали периферийное вычислительное устройство, призванное преодолеть ограничения традиционных облачных вычислений и обеспечить более быструю обработку данных с меньшими вычислительными затратами.

Встречайте Edge AI — революция в обработке данных в реальном времени

Ежедневно огромные объемы данных, включающие в себя прогнозы погоды, обновления дорожного движения и активность в социальных сетях, обрабатываются в реальном времени. В рамках традиционных облачных вычислений этот процесс осуществляется на удаленных серверах, что сопряжено с потенциальными рисками, такими как утечка данных, задержки в передаче информации, снижение скорости обработки и увеличение энергопотребления. В этой связи концепция "периферийных вычислений" становится жизнеспособной и инновационной альтернативой.

Периферийные вычисления, расположенные близко к конечным пользователям, призваны распределять вычислительные нагрузки, что позволяет снизить нагрузку и ускорить обработку данных. Особый интерес представляют периферийные системы искусственного интеллекта, включая обработку искусственного интеллекта на уровне периферии, которые могут быть применены, например, в автономных транспортных средствах и системах прогнозирования аномалий на производственных предприятиях.

Однако для эффективного осуществления периферийных вычислений необходимы эффективные и экономически выгодные технологии. Одним из перспективных вариантов являются пластовые вычисления — метод обработки сигналов, записанных в течение времени. Он позволяет преобразовывать эти сигналы в сложные структуры с использованием резервуаров, которые нелинейно реагируют на них. Особенно обращает на себя внимание использование физических резервуаров, использующих динамику физических систем, как экономически выгодных и эффективных с вычислительной точки зрения. Однако их способность обрабатывать сигналы в реальном времени ограничена естественным временем релаксации физической системы, что требует корректировок для достижения оптимальных результатов обучения.

Встречайте Edge AI — революция в обработке данных в реальном времени
Устройство состоит из перехода In2O3, легированного Sn, и SrTiO3, легированного Nb (ITO/Nb:STO, GND: Ground), который демонстрирует способность контролировать время релаксации фотоиндуцированного тока под воздействием УФ-излучения путем приложения небольшого напряжения.

Недавно профессор Кентаро Киносита из факультета перспективной инженерии и кафедры прикладной физики Токийского научного университета (TUS) и г-н Ютаро Ямадзаки из Высшей школы естественных наук ТУС разработали оптическое устройство с функциями, позволяющими поддерживать вычисления в физических резервуарах и обрабатывать сигналы в реальном времени в широком диапазоне временных масштабов. Их исследование было опубликовано в журнале Advanced Science.

Говоря о мотивации исследования, профессор Киношита объясняет: "Устройства, разработанные в рамках этого исследования, позволяют одному устройству обрабатывать сигналы временных рядов с различными временными масштабами, генерируемые в нашей повседневной жизни, в режиме реального времени. Мы надеемся применить это устройство в области периферийных вычислений".

В рамках исследования дуэт создал специальное устройство с использованием In2O3, легированного Sn, и SrTiO3, легированного Nb (обозначаемое как ITO/Nb:STO), которое реагирует как на электрические, так и на оптические сигналы. Они проверили электрические характеристики устройства, чтобы подтвердить его работу как мемристора (устройства памяти, способного изменять свое электрическое сопротивление). Команда также исследовала влияние ультрафиолета на ITO/Nb:STO, изменяя напряжение и наблюдая за изменениями тока. Результаты показали, что это устройство может регулировать время релаксации фотоиндуцированного тока в зависимости от напряжения, что делает его потенциальным кандидатом на роль физического резервуара.

Кроме того, команда проверила эффективность ITO/Nb:STO в качестве физического резервуара, используя его для классификации изображений рукописных цифр в наборе данных MNIST. К их радости, устройство достигло точности классификации до 90,2%. Проведение экспериментов без использования физического резервуара привело к относительно более низкой точности классификации — 85,1%. Эти результаты демонстрируют, что соединительное устройство ITO/Nb:STO повышает точность классификации, при этом сохраняя вычислительные затраты на низком уровне, что подтверждает его ценность в качестве физического резервуара.

Таким образом, в данном исследовании представлено новое мемристорное устройство, способное регулировать время отклика в широком диапазоне временных масштабов путем изменения напряжения, что расширяет его возможности в обучении и делает его перспективным для использования в периферийных приложениях в качестве устройства искусственного интеллекта для периферийных вычислений. Это в свою очередь может проложить путь к созданию отдельных устройств, способных эффективно обрабатывать сигналы различной продолжительности, присутствующие в реальных условиях.

Читайте также

В МАИ создали передовой двигатель для малой авиации

В МАИ создали передовой двигатель для малой авиации

Ультразвуковая обработка вдвое повышает прочность металла

Ультразвуковая обработка вдвое повышает прочность металла

В Китае представили четырёхметрового робота Neo1, способного поднимать до 500 кг

В Китае представили четырёхметрового робота Neo1, способного поднимать до 500 кг

Учёные создали жидкость с памятью — она может стать «мозгом» роботов без электроники

Учёные создали жидкость с памятью — она может стать «мозгом» роботов без электроники

Япония меняет пластиковую упаковку для еды на древесные пластины

Япония меняет пластиковую упаковку для еды на древесные пластины

Новый титановый сплав для авиадвигателей выдерживает 650 градусов

Новый титановый сплав для авиадвигателей выдерживает 650 градусов

Двухместный самолет из углепластика создают в Санкт-Петербурге

Двухместный самолет из углепластика создают в Санкт-Петербурге

Старым смартфонам нашли новое применение — теперь они становятся мозгом двуногих роботов

Старым смартфонам нашли новое применение — теперь они становятся мозгом двуногих роботов

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Обсерватория «АРКА-М» изучит Солнце и спрогнозирует космическую погоду

Обсерватория «АРКА-М» изучит Солнце и спрогнозирует космическую погоду

Ученые выяснили, куда смотрят дети и взрослые при чтении

Ученые выяснили, куда смотрят дети и взрослые при чтении

Когда Starship полетит на Марс? SpaceX может отправить корабль к Красной планете не раньше 2028 года

Когда Starship полетит на Марс? SpaceX может отправить корабль к Красной планете не раньше 2028 года