三星尋求模仿人腦設計晶片 具有低功耗等五大優勢



騰訊科技訊 9月27日訊息,韓國三星電子公司與美國哈佛大學的研究人員共同發表在《自然電子》(Nature Electronics)雜誌上的論文中,介紹了模仿人類大腦設計晶片的新方法。

這篇論文的題目為《複製貼上大腦的神經形態電子》,由三星電子高階技術研究院研究員、哈佛大學教授Ham Don-hee、哈佛大學教授Park Hong-kun、三星SDS執行長Hwang Sung-woo以及三星電子副會長金基南等人共同撰寫。

論文中提出了一種方法,利用Ham Don-hee和Park Hong-kun開發的奈米電極陣列複製大腦神經元連線圖,並將這張圖貼上到高密度的固態儲存晶片三維網路上。

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通過這種複製貼上的方法,研究人員設想製造一種近似於大腦計算特性的儲存晶片,它具有低功耗、易於學習、適應環境、自主性和認知能力等優點,而這些都是現有技術無法實現的。

大腦由大量的神經元組成,它們的線路圖負責大腦的各項功能。因此,對這幅圖的瞭解是對大腦進行逆向工程的關鍵。

神經形態工程學於20世紀80年代興起,最初的目標是在矽晶片上模擬大腦神經元網路的結構和功能。但這被證明非常困難,因為即使到現在,人們也很少知道大量的神經元是如何連線在一起來支援大腦諸多功能的。

鑑於這一挑戰,神經形態工程學的目標已被放寬,現在研究人員致力於設計一個受大腦啟發的晶片,而不是模仿大腦的東西。

然而,最新的論文提出了一種新方法,可以回到大腦逆向工程最初的神經形態目標上。上述奈米電極陣列能有效地進入大量神經元中,以高靈敏度記錄神經元電訊號。這些大量平行的細胞內記錄向神經元線路圖提供資訊,表明神經元在哪裡相互連線,以及這些連線有多牢固。從這些記錄中,可以提取出神經元線路圖。

然後,通過對每個儲存晶片進行程式設計,使得其電導表示複製線路圖中每個神經元連線的強度,可以將複製的神經元圖貼上到非易失性儲存晶片的網路上,如日常生活中使用的固態硬碟中的商業快閃記憶體,或新的儲存技術,比如電阻隨機存取儲存器(RRAM)。

這篇論文更進一步,提出了一種快速將神經元線路圖貼上到記憶網路上的策略。在細胞內記錄訊號的直接驅動下,由特殊設計的非易失性記憶網路可以學習和表達神經元連線圖。這是一種直接將大腦神經元連線圖下載到記憶體晶片上的方案。

由於人類大腦大約有1000億個神經元,以及1000倍以上的突觸連線,最終的神經形態晶片將需要容納100萬億個虛擬神經元和突觸的能力。通過3D儲存整合技術,在一塊晶片上整合如此多的儲存地址將成為可能。三星電子在3D儲存整合技術領域處於領先地位。

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Ham Don-hee博士表示:“雖然我們提出的願景顯得雄心勃勃,但朝著這樣一個巨集偉的目標努力,將推動機器智慧、神經科學和半導體技術的邊界向外快速延申。”(騰訊科技審校/金鹿)

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