MIT設計人造突觸芯片能以類(lèi)似大腦神經(jīng)元方式傳遞訊息

　　盡管科技已經(jīng)如此進(jìn)步發(fā)達，但對于那些在人工智能(AI)領(lǐng)域的研究者來(lái)說(shuō)，讓計算機仿真大腦活動(dòng)仍是一項龐大的任務(wù)，如果硬件能夠設計更像大腦的硬件，那么管理起來(lái)將會(huì )更容易。

　　是的，大家都是這么想的，那么話(huà)說(shuō)回來(lái)，究竟這個(gè)「期望」有多么困難? 日本研究單位 5 年前就曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)一項大腦活動(dòng)仿真測試，這個(gè)運用世界上最強大超級計算機之一所進(jìn)行的例子應該能作為一些參考。

　　在 2013 年時(shí)，日本理化學(xué)研究所(Riken)運用超級計算機「京」(K computer)進(jìn)行的對大腦活動(dòng)的仿真測試;「京」一共使用了 82,944 個(gè)處理器和 1 PB(約 1,000 TB)主存儲器，幾乎相當于當時(shí) 25 萬(wàn)臺計算機的運算單位。

　　而這樣一臺計算機為了仿真大腦中 10.4 兆突觸所連接的 17.3 億神經(jīng)元活動(dòng)的 1 秒鐘，就花上了 40 分鐘;盡管聽(tīng)起來(lái)已經(jīng)非常厲害，但事實(shí)上是，這一切仍只是大腦活動(dòng)中的百分之一。

　　即使是現在，大腦仍是比任何計算機都還要更為強大，它包含著(zhù) 800 億神經(jīng)元和超過(guò) 100 兆個(gè)神經(jīng)突觸，隨時(shí)都在控制訊息的通過(guò)，相較之下，目前計算機芯片仍是以二進(jìn)制語(yǔ)言在傳輸訊號，每一條訊息都以 1、0 在進(jìn)行編碼。

　　科學(xué)家認為，如果芯片運用類(lèi)似突觸的連接方式，計算機使用的訊號將可能更加多樣化，進(jìn)而實(shí)現「突觸式」的學(xué)習。

　　在大腦中，突觸負責「管理」訊息的傳遞，而神經(jīng)元則會(huì )根據穿過(guò)突觸的離子數量和種類(lèi)來(lái)動(dòng)作，這些都幫助大腦識別模式、記住事實(shí)并執行任務(wù);科學(xué)家將這種新興研究領(lǐng)域稱(chēng)為神經(jīng)形態(tài)工程學(xué)(Neuromorphic engineering)。

　　迄今為止，想要讓芯片擁有這種學(xué)習方式已被證明是困難的，但 ScienceAlert 報導指出，隨著(zhù)麻省理工(MIT)工程師成功克服障礙設計出一種由硅鍺(SiGe)制成的人造突觸芯片，未來(lái)「突觸式」學(xué)習的發(fā)展將有可能達成。

　　過(guò)去神經(jīng)形態(tài)芯片的設計是使用非晶體作為「開(kāi)關(guān)媒介」，分隔開(kāi)兩個(gè)導電層以起到突觸的作用。 但這種方法存在的問(wèn)題是，如果沒(méi)有定義結構性的傳播路徑，信息就會(huì )有無(wú)數的路徑可以傳遞，而這帶來(lái)芯片的不一致及不可預測性。

　　為了避免非晶體為芯片帶來(lái)的不均勻性，團隊創(chuàng )造了只有一維信道的硅鍺晶格，確保離子每次流動(dòng)時(shí)都使用完全相同的路徑，接著(zhù)團隊再使用這些晶格打造了神經(jīng)形態(tài)芯片，就像是大腦中神經(jīng)元之間的電流一樣， 這種芯片也可以精準的控制其中流動(dòng)的電流強度。

　　團隊計劃下一步將實(shí)際打造出能夠執行手寫(xiě)識別的芯片，最終目標則是創(chuàng )造攜帶式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )裝置。 在 Kim 看來(lái)，這項研究就像一塊墊腳石，帶領(lǐng)人們走向生產(chǎn)真正的 AI 硬件目標前進(jìn)，「我們希望最終能以一個(gè)指甲大小的芯片，來(lái)取代巨大的超級計算機。 」