Форма обратной связи
«Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности»
Лаборатория нейровычислительных систем
Заведующий лабораторией
Негров Дмитрий Владимирович
Заместитель руководителя Центра коллективного пользования (ЦКП) МФТИ.
Закончил факультет Физической и квантовой электроники МФТИ в 2010 г.
Автор более 30 научных статей, участник ежегодного рейтинга высокоцитируемых публикаций МФТИ в 2018 и 2019 гг.
Специалист в области аппаратной реализации искусственных нейронных сетей, создания нейронных сопроцессров и нейроинтерфейсов, мемристорных и оптогенетических технологий. Имеет опыт успешного руководством проектом по созданию прототипа нейроморфного вычислительного устройства.
Основные области научных интересов:
Автор более 30 научных статей, участник ежегодного рейтинга высокоцитируемых публикаций МФТИ в 2018 и 2019 гг.
Специалист в области аппаратной реализации искусственных нейронных сетей, создания нейронных сопроцессров и нейроинтерфейсов, мемристорных и оптогенетических технологий. Имеет опыт успешного руководством проектом по созданию прототипа нейроморфного вычислительного устройства.
Основные области научных интересов:
- Перспективные функциональные микроэлектронные устройства, в том числе системы хранения данных и устройства для реализации вычислительной памяти (computational RAM).
- Архитектуры для высокопроизводительных вычислений.
- Физика конденсированного состояния, в частности, микроскопические теории поведения сегнетоэлектриков и резистивно-переключаемых структур.
- Когерентные квантовые эффекты и квантовые вычисления.
Специализация лаборатории:
Лаборатория создана в 2016 году. Научно-исследовательская работа лаборатории направлена на создание новых вычислительных архитектур для решения задач искусственного интеллекта, разработку энергоэффективных вычислительных устройств, использующих концепцию вычислительной памяти, а также применение разрабатываемых подходов в перспективных нейроинтерфейсных устройствах.
Лаборатория имеет неограниченный доступ к технологическому и аналитическому оборудованию, размещенному на площадке ЦКП МФТИ (на фото вверху), что позволяет выполнять большую часть исследований непосредственно в стенах МФТИ — от прототипирования устройств до полной их диагностики и характеризации.
Тесное взаимодействие с лабораториями (в частности, с лабораторией Функциональных материалов и устройств наноэлектроники), а так же коллаборация с другими российскими и зарубежными научными центрами позволяет выполнять широкий спектр исследований. Кроме того, многолетнее сотрудничество с НИИМЭ/ АО «Микрон», начавшееся задолго до организации лаборатории, позволяет прототипировать разрабатываемые устройства с использованием заводских микроэлектронных технологий.
В составе лаборатории работают сотрудники, обладающие высокой квалификацией в таких областях, как технологии микроэлектронного производства, интегральная электроника, проектирование интегральных схем и вычислительных устройств, а так же в таких областях физики, как электронные свойства твердых тел и физика конденсированного состояния.
Лаборатория имеет неограниченный доступ к технологическому и аналитическому оборудованию, размещенному на площадке ЦКП МФТИ (на фото вверху), что позволяет выполнять большую часть исследований непосредственно в стенах МФТИ — от прототипирования устройств до полной их диагностики и характеризации.
Тесное взаимодействие с лабораториями (в частности, с лабораторией Функциональных материалов и устройств наноэлектроники), а так же коллаборация с другими российскими и зарубежными научными центрами позволяет выполнять широкий спектр исследований. Кроме того, многолетнее сотрудничество с НИИМЭ/ АО «Микрон», начавшееся задолго до организации лаборатории, позволяет прототипировать разрабатываемые устройства с использованием заводских микроэлектронных технологий.
В составе лаборатории работают сотрудники, обладающие высокой квалификацией в таких областях, как технологии микроэлектронного производства, интегральная электроника, проектирование интегральных схем и вычислительных устройств, а так же в таких областях физики, как электронные свойства твердых тел и физика конденсированного состояния.
Основные направления деятельности:
- Реализация устройств на основе алгоритмов глубокого машинного обучения для высокопроизводительных вычислений и применений, требующих высокой энергетической эффективности.
- Создание перспективных энергонезависимых запоминающих устройств.
- Создание нейроинтерфейсных систем для проведения фундаментальных исследований (изучение принципов работы мозга и его обратная инженерия), а также для проведения предклинических испытаний новых лекарственных препаратов и нейропротезирования.
Ключевые разработки и программные решения:
Лаборатория в составе ЦК НТИ «Искусственный интеллект» МФТИ работает над созданием:
1) Архитектура и прототип специализированного нейросетевого сопроцессора
Сотрудники лаборатории в феврале 2019 года продемонстрировали работу первого российского специализированного нейросетевого сопроцессора для энергоэффективного выполнения алгоритмов машинного обучения, основанных на математическом аппарате глубоких нейронных сетей.
Первый прототип нейросетевого процессора – NCore – был изготовлен на зарубежной фабрике по проектным нормам 65 нм, однако таким же способом были изготовлены прототипы разработанных ядер на отечественном предприятии «Микрон» в Зеленограде. При этом по достигнутому уровню энергоэффективности NCore сравним с графическими ускорителями, производимыми по проектным нормам 28 нм и менее.
В лаборатории нейровычислительных систем были разработаны основные элементы: процессорные ядра, интерфейсы и основное программное обеспечение.
Важная часть проекта — создание автоматического транслятора алгоритмов машинного обучения, разработанных в популярных пакетах TensorFlow, Caffe, Keras. Такая унификация позволит пользователям работать в привычных для них средах.
Сотрудники лаборатории в феврале 2019 года продемонстрировали работу первого российского специализированного нейросетевого сопроцессора для энергоэффективного выполнения алгоритмов машинного обучения, основанных на математическом аппарате глубоких нейронных сетей.
Первый прототип нейросетевого процессора – NCore – был изготовлен на зарубежной фабрике по проектным нормам 65 нм, однако таким же способом были изготовлены прототипы разработанных ядер на отечественном предприятии «Микрон» в Зеленограде. При этом по достигнутому уровню энергоэффективности NCore сравним с графическими ускорителями, производимыми по проектным нормам 28 нм и менее.
В лаборатории нейровычислительных систем были разработаны основные элементы: процессорные ядра, интерфейсы и основное программное обеспечение.
Важная часть проекта — создание автоматического транслятора алгоритмов машинного обучения, разработанных в популярных пакетах TensorFlow, Caffe, Keras. Такая унификация позволит пользователям работать в привычных для них средах.
2) Прототип интегральной встраиваемой сегнетоэлектрической памяти
На основе многолетних исследований МФТИ в области встраиваемой памяти, был разработан прототип нейросетевого сопроцессора, снабженного локальным кешем данных, реализованным в виде энергонезависимой памяти на основе перспективных сегнетоэлектриков.
Прототипы были частично изготовлены по 90 нм технологическому процессу фабрики АО «Микрон», а затем, на экспериментальных мощностях ЦКП МФТИ, на кристаллах были созданы слои, содержащие сегнетоэлектрические ячейки памяти. Испытания показали, что созданные накопители обладают расчетной производительностью (время цикла доступа менее 30 нс) и энергопотреблением (менее 3 пДж на запись ячейки), а так же ресурсом, значительно превышающим 1010 циклов. Изготовленные прототипы являются одними из первых в мире, продемонстрировавшими возможность создания встраиваемой сегнетоэлектрической памяти на основе оксида гафния.
На основе многолетних исследований МФТИ в области встраиваемой памяти, был разработан прототип нейросетевого сопроцессора, снабженного локальным кешем данных, реализованным в виде энергонезависимой памяти на основе перспективных сегнетоэлектриков.
Прототипы были частично изготовлены по 90 нм технологическому процессу фабрики АО «Микрон», а затем, на экспериментальных мощностях ЦКП МФТИ, на кристаллах были созданы слои, содержащие сегнетоэлектрические ячейки памяти. Испытания показали, что созданные накопители обладают расчетной производительностью (время цикла доступа менее 30 нс) и энергопотреблением (менее 3 пДж на запись ячейки), а так же ресурсом, значительно превышающим 1010 циклов. Изготовленные прототипы являются одними из первых в мире, продемонстрировавшими возможность создания встраиваемой сегнетоэлектрической памяти на основе оксида гафния.
- 3) Устройства для нейрофизиологических исследований
В рамках работ по созданию перспективных нейроинтерфейсных устройств, к настоящему времени в лаборатории было разработано две системы – для in-vitro и in-vivo исследований. Данные системы позволяют измерять слабые электрические сигналы, индуцируемые нервной тканью. При этом они снабжены реконфигурируемыми вычислительными системами, способными нести в себе нейросетевые сопроцессоры, также разработанные в лаборатории, что позволяет выполнять обработку нейрофизиологических сигналов с помощью алгоритмов глубокого машинного обучения в реальном времени для реализации систем биологической обратной связи.
- Кроме того, был разработан ряд технологий, позволяющих реализовывать различные нейрофизиологические интерфейсы, в частности, для in-vivo применений был разработан подход, позволяющий создавать сверхтонкие многослойные электрокортикографические зонды, обеспечивающие относительно малоинвазивные измерения потенциалов, возникающих в коре головного мозга. Для in-vitro измерений также были разработаны технологии создания высокоплотных матриц интерфейсных электродов, позволяющие интегрировать в массив электродов светоизлучающие матрицы на основе органических светодиодов для проведения оптогенетических исследований.
Индустриальные партнёры:
