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科学家为“头脑芯片”设计人工突触

神经元通过突触传递神经电信号的示意图。(维基百科)

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【大纪元2018年02月08日讯】(大纪元记者晨曦编译报导)人的大脑中约有1千亿个神经元,其中一个可以在任意时间向其它数千个神经元发布指令,其方式是通过神经元之间的突触传递神经递质。超过100万亿的神经递质在大脑中负责调节神经元信号,使大脑以闪电般的速度进行识别、记忆或完成其它学习任务。

在“神经计算”这一新兴领域的研究者们试图设计出能像大脑那样去工作的计算机芯片,或称为“头脑芯片”。这种“头脑芯片”不是采用当今数字芯片的二进制计算方法,而是以互换信号的模拟方式工作,就像神经元以不同方式激活一样,而激活的方式取决于流经突触的离子的类型和数量。

这样,神经芯片就可以如大脑般有效地进行数百万的平行计算,而这在当今只有大型计算机组才能做得到。不过,这一人工智能技术的主要障碍存在于神经突触,在硬件中制造突触是一个非常棘手的挑战。

近期,麻省理工学院(MIT)的科学家们设计出了一种人工突触,并能够准确控制流经该突触的电流强度,类似于离子在神经元之间的流动方式。该团队用硅锗制造了一个带有人工突触的小芯片,在模拟实验过程中,研究者们发现,该芯片及其突触可以识别手写样本,准确率为95%。

这一研究结果发表在《自然材料》(Nature Materials)期刊上,意味着学术界向研制用于模式识别和其它学习任务的便携式、低功率神经芯片又迈进了一大步。

该项目负责人为MIT机械工程系、材料科学和工程系助理教授金姆(Jeehwan Kim),他也是MIT电子研究实验室和微系统技术实验室的主要研究员。

金姆及同事对一个人工神经元网络进行了计算机模拟,此网络包含三层神经元,并由两层人工突触相连接。在模拟中,他们输入了数万个神经形态设计师们常用的手写识别数据集样本,结果发现,他们的神经元网络硬件准确识别了95%的手写样本,而现存的计算程序软件的准确率为97%。

目前该团队正在制造一种能够在现实中、而不是模拟中完成手写识别任务的神经芯片。金姆表示,不仅是手写识别,其团队设计的人工突触能够用来制造出更小的、便携式的神经网络装置,可以进行当前只有大型超级计算机才能完成的复杂计算。

科学家们的最终目的,是想要研制出如手指甲大小的、却能够代替大型超级计算机的芯片。”◇

责任编辑:朱涵儒

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2018-02-10 1:26 PM
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