麻省理工的工程師，設計出能模擬大腦細胞工作方式的新型晶元！

麻省理工學院的工程師設計出了一個類似於腦細胞連接的晶元：迄今為止最有希望的人造突觸。

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對於那些在高級人工智慧領域工作的人來說，讓計算機模擬大腦活動是一項龐大的任務，但如果硬體設計更像大腦硬體，那麼管理起來可能更容易。

這個新興領域被稱為神經形態計算。而現在麻省理工學院的工程師可能已經克服了一個重大的障礙 - 一個人造突觸晶元的設計。

目前，人腦比任何計算機都強大 - 它們包含大約800億個神經元，超過100萬億個突觸連接它們並控制信號的通過。

目前計算機晶元是通過以二進位語言傳輸信號來工作的。每一條信息都以1和0編碼，或者說是開/關信號。

要想知道這與大腦相比如何，請考慮一下：在2013年，世界上最強大的超級計算機之一進行了大腦活動的模擬，只得到一個微不足道的結果。

當時的K計算機使用了82,944個處理器和1兆位元組的主內存 - 相當於當時大約25萬台台式計算機。

模擬了10.4萬億突觸所連接的17.3億個神經元活動一秒鐘，足足花了40分鐘。這可能聽起來很多，但它只相當於人腦能力的百分之一。

但是，如果一個晶元使用類似突觸的連接，計算機使用的信號可能會更加多樣化，從而實現突觸式的學習。突觸通過大腦傳遞的信號，並且神經元根據穿過突觸的離子的數量和類型而激活。這有助於大腦識別模式，記住事實，並執行任務。

迄今為止，複製這種方法已被證明是困難的 - 但麻省理工學院的研究人員現在已經設計了一種由硅鍺製成的人造突觸晶元，可以精確控制沿其流動的電流強度，就像神經元之間的離子流一樣。

在模擬中，它被用來識別95％的手寫樣本。

神經形態晶元的先前設計使用由非晶「開關介質」分隔的兩個導電層，以起到突觸的作用。當接通時，離子流過介質以產生導電細絲來模擬突觸，控制兩個神經元之間信號的強度或弱點。

這種方法存在的問題是，如果通過沒有定義的結構傳播，信號會有無數的路徑 - 這可能會使晶元的性能不一致和不可預測。

首席研究員Jeehwan Kim表示：「一旦用一些電壓來代表人造神經元的某些數據，就必須在擦除後能夠以完全相同的方式重新寫入數據。

「但是在非晶態固體中，當你再寫一次的時候，由於存在很多缺陷，這些離子走向了不同的方向，這個離子流變化了，很難控制，這是最大的問題 - 人造突觸的不均勻性。」

考慮到這一點，該團隊創建了硅鍺晶格，具有離子可以流過的一維通道。這確保了每次都使用完全相同的路徑。

然後這些格子用來建立一個神經形態的晶元; 當施加電壓時，晶元上的所有突觸顯示出相同的電流，變化僅為4％。

一個突觸被測試了700次。它的電流變化只有1％ - 可能是最均勻的設備。

該團隊通過模擬測試了該晶元，並將其用於手寫樣本的MNIST資料庫，這是通常用於訓練圖像處理軟體的一種實驗方法。

他們的模擬人工神經網路由三層神經片組成，由兩層人造突觸分隔，能夠識別數以萬計的手寫數字，準確率達到95％，而現有軟體的精度為97％。

下一步是實際構建一個能夠執行手寫識別任務的晶元，最終目標是創建攜帶型神經網路設備。

Kim說： 「最終我們需要一個像指甲一樣大的晶元來代替一個巨大的超級計算機。「這項研究是一個里程碑，未來會生產真正的人造智力硬體。」

這項研究已發表在「 自然材料 」雜誌上。

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