Адиабатические сверхпроводящие ячейки для энергоэффективных нейронных сетей

 

А. Е. Щеголев^1,2 Н. В. Кленов^1-5, И. И. Соловьев^3,5,6, М. В. Терешонок²

¹ МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет

² Московский технический университет связи и информатики

³ МГУ имени М.В.Ломоносова, НИИ ядерной физики имени Д.В.Скобельцына
⁴ ВНИИА им. Н.Л.Духова

⁵ Московский физико-технический институт (Технический универстет)

⁶ ФГУП НИИ Физических проблем им. Ф.В.Лукина

 

Статья поступила в редакцию 16 сентября 2016 г.

 

Аннотация. Мы представляем концепцию создания базовых ячеек энергоэффективных нейросетей на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров. Параметры двух предложенных ячеек оптимизированы для использования в составе трехслойного персептрона и сети на радиальных базисных функциях.

Ключевые слова: эффект Джозефсона, сверхпроводимость, искусственная нейронная сеть, нейрон, функция активации, РБФ-сеть, Sigma-cell, S-cell, Gauss-cell, G-cell.

Abstract. Superconducting digital systems are considered recently as one of the most promising options for the physical implementation of fast and energy-efficient artificial neural networks. Possibility to combine advantages of Josephson active antenna structures, amplifiers and analog-to-digital converters together with neural network circuits in complexes for cognitive signal processing is of particular interest. 
We propose physical foundations for a new energy efficient implementation of artificial neural network algorithms. We describe two neuron cells: Sigma-cell and Gauss-cell with sigmoid- and Gaussian-like activation functions respectively. We developed simple theory to optimize their transfer (flux-to-current) functions for
application in three-layer perceptron and radial basis functions networks. Design of these cells is inspired by adiabatic quantum flux parametron; the both have simple topology and low energy consumption, working in superconducting regime. Maintained similarity of designs allows to use well-developed adiabatic superconductor logic cells in interface circuits. 

Key words: Josephson effect, superconductivity, artificial neural network, neuron, activation function, RBF network, Sigma-cell, S-cell, Gauss-cell, G-cell.