芯片上的“大脑”：麻省理工在人工大脑突触取得重大进展

2020-06-09 17:33

据Tech Crunch报道，麻省理工学院（MIT）的研究人员在最新发表的一篇论文中对其正在研发的一种新型人工大脑神经突触进行了详细描述，与目前已有的人工突触相比，这种突触在性能上有很大提升，它的物理体积比一片纸屑还小，却可以容纳数以万计的硅基元件。在体积小且节能的同时，新型芯片有助于研究人员开发出能够在不连接数据中心的情况下，也可以执行复杂AI计算任务的设备。

研发人员在研究中展示了一种新颖的“忆阻器”（记忆电阻器，Memristors）设计，其本质上是用硅来模拟大脑的信息传输突触，但也可以用银和铜的合金。这种芯片能够有效地“记住”并重现出非常详细的图像，与已有的同类型技术相比，它能“记住”的图像更加清晰和详细。

研发团队表示他们的最终目的是复刻庞大且复杂的人工神经网络，这些神经网络目前倚靠的软件，其运行需要强大的GPU计算能力，但是上述的芯片一旦研发成功，即使是在一些小型设备上，比如你的手机或者相机上，也能够让软件运行。

传统晶体管只能在两种状态之间切换，即“on”或“off”，这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应，这就是现代计算机的基础，与之不同的是，MIT研发的芯片，其包含的忆阻元件在表示信息时更像是大脑，也就是最原始的模拟计算机。

大脑和计算机在处理和表达信息时虽然有相似之处，但有些神经元的信息输出是通过分级的电信号传输的，其大小可以连续变化，可以比晶体管采用的数字信号传输出更多的信息。忆阻元件还可以记住特定的状态，之后在多次接收相同的输入电流时，很轻易就能重现相同的信号。

此外，冶金学也为研发团队提供了不少灵感。在冶金学中，当冶金学家想改变一种金属的性能时，他们会把它与另一种具有所需性能的金属结合，制造出一种合金。受此启发，研究人员也发现一种可以与被用来作为忆阻器正极的银相结合的元素，从而使其能够更稳定地沿着非常薄的传导通道传递离子。这就是芯片研发的关键所在。

不仅能够倚靠“记忆”准确地重现图像，也可以执行推断任务，比如基于命令提高或模糊原始图像，这块芯片的表现性能要远远优于之前研发出的其他记忆电阻器。

虽然新型人工突触的研发还有很长的路要走，但是研发团队相信一旦成功，这必定会促进便携式人工大脑计算机的出现，它可以像目前的超级计算机一样执行非常复杂的任务，但是却不需要任何网络连接。