ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2016, № 9 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Адиабатические сверхпроводящие ячейки для энергоэффективных нейронных сетей

А.Е. Щеголев1,2, Н.В. Кленов1,2,3,4,5, И.И. Соловьев3,5,6, М.В. Терешонок2

1 МГУ имени М.В. Ломоносова, Россия
2 Московский технический университет связи и информатики
3 НИИ ядерной физики имени Д.В.Скобельцына
4 ВНИИА им. Н.Л.Духова, Россия
5 Московский физико-технический институт (Технический универстет)
6 ФГУП НИИ Физических проблем им. Ф.В.Лукина, Россия
Полный текст EDN XAAFVP

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.

  • эффект Джозефсона
  • сверхпроводимость
  • искусственная нейронная сеть
  • нейрон
  • функция активации
  • РБФ-сеть
Abstract (in English)

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.

Для цитирования

Щеголев А.Е., Кленов Н.В., Соловьев И.И., Терешонок М.В. Адиабатические сверхпроводящие ячейки для энергоэффективных нейронных сетей // Журнал радиоэлектроники. – 2016. – № 9.

Литература

  1. Rosenblatt F.X. Principles of Neurodynamics: Perceptrons and the Theory of Brain Mechanisms. Spartan Books, Washington DC, 1961.
  2. Soloviev I.I., Kornev V.K., Sharafiev A.V., Klenov N. V., Mukhanov O. A.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 2013. V. 23. N. 3. P. 1800405.
  3. Spietz L., Irwin K., Aumentado J.//Appl.Phys.Lett. 2009. V. 95. P. 092505.
  4. Mukhanov O. A. History of Superconductor Analog-to-Digital Converters In 100 Years of Superconductivity. Rogalla H., Kes P., Eds; London, 2011.
  5. Yan Q., Li M., Chen F., Jiang T., Lou W., Hou T.Y. Lu C.-T.//IEEE Trans. Wireless Commun. 2014. V. 13. P. 5893.
  6. Munjuluri S., Garimella R.M.//Procedia Comput. Sci. 2015. V. 46. P. 1156.
  7. Farooqi M., Tabassum S., Rehmani M., Saleem Y. J.//Network Comput. Appl. 2014. V. 46. P. 1-16.
  8. Crotty P., Schult D., Segall K.//Phys. Rev. E, 2010. V. 82. P. 011914.
  9. Harada Y., Goto E.//IEEE Trans. on Magn. 1991. V. 27. P. 2863-2866.
  10. Rippert E.D., Lomatch S.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 1997. V. 7. P. 3442-3445.
  11. Chiarello F., Carelli P., Castellano M.G., Torrioli G.//Supercond. Sci. Technol. 2013. V. 26. P. 125009.
  12. Yamanashi Y., Umeda K., Yoshikawa N.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 2013. V. 23. P. 1701004.
  13. Onomi T., Nakajima K.//J. Phys.: Conf. Series. 2014. V. 507. P. 042029.
  14. Likharev K.//IEEE Trans. Magn. 1977. V. 13, 1. P. 242-244.
  15. Hosoya M., Hioe W., Casas J., Kamikawai R., Harada Y., Wada Y., Nakane H., Suda R., Goto E.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 1991. V. 1. P. 77-89.
  16. Semenov V.K., Danilov G.V., Averin, D.V.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 2007. V. 17. P. 455 -461.
  17. Takeuchi N., Yamanashi Y., Yoshikawa N.//Appl. Phys. Lett. 2013. V. 102. P. 052602.
  18. Nagasawa S., Hashimoto Y., Numata H., Tahara S.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 1995. V. 5. P. 2447-2452.
  19. Nagasawa S., Hinode K., Satoh T., Akaike H., Kitagawa Y., Hidaka M.//Physica C. 2004. V. 412-414. 2. P. 1429-1436.
  20. Takeuchi N., Yamanashi Y., Yoshikawa N.//Supercond. Sci. Technol. 2015. V. 28. P. 015003.
  21. Takeuchi N., Yamanashi Y., Yoshikawa N.//J. Appl. Phys. 2015. V. 117. P. 173912.
  22. Kornev V.K., Soloviev I.I., Klenov N.V., Mukhanov O.A.//Supercond. Sci. Tech. 2009. V. 22. P. 114011.
  23. Kornev V.K., Soloviev I.I., Klenov N.V., Mukhanov O.A.//IEEE Trans. Appl. Supercond. 2007. V. 17, 2. P. 569-572.
  24. Adjemov S.S., Klenov N.V., Tereshonok M.V., Chirov D.S.//Moscow University Phys. Bull. 2015. V. 70, 6. P. 448-456.
  25. Adjemov S.S., Klenov N.V., Tereshonok M.V., Chirov D.S.//Programming and Computer Soft. 2016. V. 42, 3. P. 121-128.
  26. S. S. Adjemov, N. V. Klenov, M. V. Tereshonok, D. S. Chirov//Moscow University Phys. Bull. 2016. V. 71, 2. P. 174-179.