2021-05-08
麻省理工學院的工程師(shī)們設計了一種比紙(zhǐ)土友屑還小的“腦芯片(brain-on-a-chip)”，它由成千上萬個(gè朋雨)人工大腦突觸(稱為憶阻器(qì))組成。憶阻器(qì)火服【記憶電阻器(qì)】是一種矽基元件，可(kě)以模拟人類大腦中動著(zhōng)的信息傳遞突觸。它是一種很有前途的神經形态設備的新型船子記憶電阻設計——基于一種新型電路(lù)的電子(zǐ)從為産品，這種電路(lù)以一種模仿大腦神經結構的方式都窗處理信息。這種受大腦啟發的電路(lù)可(kě)以被植入小型便攜請讀設備中(zhōng)，并執行隻有今天超級計算機才藍間能處理的複雜計算任務。
研究人員借鑒了冶金原理，用銀、銅和(hé)矽的合金制造了每一個美相(gè)憶阻器(qì)。當他們讓芯片執行幾項視覺任務時，芯片能夠“吃我記住”存儲的圖像并多次複制它們，與使用非合金元素制成知林的現有憶阻器(qì)設計相比，該版本憶阻器外呢(qì)更清晰。
一種新的神經形态“腦芯片(brain-on-a-chip)”的視圖，其中(數員zhōng)包括成千上萬個(gè)憶阻器(qì)或存儲晶體管書吧。圖片來源：PengLin
研究人員表示：“到目前為止，人工突觸網絡以軟件的形式存在事醫。我們正試圖為便攜式人工智能系統構建真正的件放神經網絡硬件。想象一下(xià)，把一個(gè)神經形态設備和(服都hé)你(nǐ)車(chē)上的攝像頭連接起來，讓見動它識别燈光和(hé)物體，并立即做出決定，而不需要連接互女一聯網。我們希望使用高效節能的憶阻器(qì)在現場實頻小時完成這些任務。”
遊離(lí)的離(lí)子(zǐ)
記憶電阻器(qì)，或記憶晶體管，是神經形态計算的基本元素。在一筆費個(gè)神經形态裝置中(zhōng)，記憶電阻器(qì)将充當電路(l吧高ù)中(zhōng)的晶體管，盡管它的工作原理更接近于大腦的突觸【兩個章跳(gè)神經元之間的連接】。突觸以離(lí)子(zǐ睡低)形式從一個(gè)神經元接收信号，并向下(xià)一個(gè)是林神經元發送相應的信号。
常規電路(lù)中(zhōng)的晶體管通(tōng)也吧過僅在兩個(gè)值0和(hé)1之間切換來劇們傳輸信息，并且僅當其接收到的電流形式的信号具有特鐵請定強度時才這樣做。相比之下(xià)，憶阻器(qì)将沿這來着梯度工作，就像大腦中(zhōng)的突觸一樣。它産生的信号将根據接長街收到的信号的強度而變化。這将使單個(gè)憶阻器(q習麗ì)具有多個(gè)值，因此比二進制晶體管執行的操作範圍要大得多。
這種新芯片(左上)有數以萬計的由銀銅合金制成的人工突觸或“綠他記憶電阻器(qì)”。當每個(gè)憶阻器弟鐘(qì)都被對應于灰度圖像中(zhōng)的像素和(hé)陰民秒影的特定電壓刺激時，新芯片就複制出了同樣清晰的圖像，比使用不同材料的憶阻器(哥舞qì)制造的芯片更可(kě)靠。圖片由研究但車人員提供
就像大腦的突觸一樣，記憶電阻器(qì)也能夠“記住現坐”與給定電流強度相關(guān)的值，并在下(xià)次接收到類似電流又關時産生完全相同的信号。這可(kě)以确保對複雜方程式或對象的如麗視覺分類的答案是可(kě)靠的。
最終，科學家們設想，憶阻器(qì)将比傳統晶體事西管需要更少(shǎo)的芯片空間，從而使功能強大的便攜式計算設備成坐姐為可(kě)能，這些設備不依賴于超級計算舊月機，甚至不需要連接互聯網。
然而，現有的記憶電阻器(qì)設計在性能上站用受到限制。單個(gè)記憶電阻器(qì)由遠坐正負兩個(gè)電極組成，兩個(gè)電極之間由一個(gè)“開關書就(guān)介質”或電極之間的空間隔開。當一個白黃(gè)電壓被施加到一個(gè)電極上，來自那個(gè)電極的離(lí笑時)子(zǐ)流過介質，形成一個(gè)“傳下工導通(tōng)道”到另一個(gè)電極。接收到的離(lí)子(黃子zǐ)構成憶阻器(qì)通(tōng)過電路(lù)傳送的電信号。離(lí)民醫子(zǐ)通(tōng)道的大小(以及憶阻器(qì)最終産生的信号)應該些通與刺激電壓的強度成正比。
由麻省理工學院制造的新型“腦芯片”處理的一張圖校頻像，包括銳化和(hé)模糊圖像，這比現有的神經形态設計更加可(kě)靠。跳工圖片由研究人員提供
研究人員表示，現有的憶阻器(qì)設計在電壓村黃刺激較大的導電通(tōng)道或離(lí)站謝子(zǐ)從一個(gè)電極到另一個(gè)電極的大量流動(dòng)身還的情況下(xià)效果很好。但是，當憶阻器(qì)需要通(離中tōng)過更細的傳導通(tōng)道産生更細微的信答器号時，這些設計的可(kě)靠性就會降低。
導電通(tōng)道越細，離(lí)子(少就zǐ)從一個(gè)電極到另一電極的流動(dò亮報ng)越輕，單個(gè)離(lí)子(zǐ)就越但很難保持在一起。相反，它們往往會遊離(lí)于群體之外，在媒體中(zhōng日男)解散。因此，當受到一定範圍的低電流刺激時，接收電極很難可(kě)靠地捕獲相同媽地數量的離(lí)子(zǐ)，從而傳輸相同的信号。
借用冶金學原理
研究小組通(tōng)過借鑒冶金學的技術(s暗討hù)找到了一種解決這一局限的方法。冶金學們開是一門将金屬熔化成合金并研究其複合性能的學科。
傳統上，冶金專家試圖将不同的原子(zǐ)添加議身到塊狀基質中(zhōng)以增強材料。研究人員從中(z空我hōng)得到啟發，為什麼不調整憶阻器(qì)中(zhōng資畫)的原子(zǐ)相互作用，并添加一些合金元素來控制離(lí)子(zǐ)在介質熱錢中(zhōng)的運動(dòng)？
工程師(shī)通(tōng)常使用銀作為憶阻器(qì)正極的街音材料。研究小組仔細研究了文(wén)獻，發現了一種可(kě)以與銀高師結合的元素，可(kě)以有效地将銀離(lí)子(公土zǐ)結合在一起，同時允許它們快速流到另一個(gè)電線快極。
研究小組将銅作為理想的合金元素，因為它既可(kě)以與銀結合，也學錯可(kě)以與矽結合。
為了使用他們的新合金制造記憶電阻器(qì)，該民國小組首先用矽制造負極，然後通(tōng)過沉積少(shǎo)量的銅和(知器hé)一層銀來制造一個(gè)正極。他們将兩個(gè)電極夾在得跳非晶态矽介質周圍。通(tōng)過這種方法，他們制作了一個術身(gè)帶有成千上萬個(gè)記憶電阻器(qì)的一平方毫米的矽片。
該團隊還讓芯片進行了一項圖像處理任務，對憶議拍阻器(qì)進行編程以改變圖像，包括銳化和(hé)模糊原始圖像。他們的設飛南計比現有記憶電阻器(qì)設計得到了更可(kě)靠重新編程的圖像。
與其他材料制成的芯片相比，這種芯片可(kě)以産生防護罩同樣清晰聽要的圖像，并且能夠“記住”圖像并多次複制它。
研究人員表示：“我們正在使用人工突觸進行真東河實的推理測試，我們希望進一步開發該技術(shù好秒)，使其具有更大規模的陣列來執行圖像識别任務。希望有一天，我們可視友(kě)以将它作為人造大腦來執行這些任務，而無需連接到超級計算好大機，互聯網或雲。”
（轉載自華APP）
