麻省理工研究出比香菜还小的AI芯片
2020-07-25
14:00:00
来源: Sophie
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麻省理工学院（MIT）工程师开发了一种新的神经形态芯片，它很小，比香菜还小。他们称它为真正的“大脑中的大脑”，因为它集成了成千上万的神经网络进行神经突触的人工突触，即所谓的记忆。每个忆阻器都是由银，铜合金以及硅制成的。这些人工突触能够模仿真实的突触，即那些在大脑中充当信息传输高速公路的突触。
这项发表在《自然纳米技术》上的研究表明，麻省理工学院的研究人员如何设法提出一种有前途的memristori新设计，该设计具有多种实际应用。实际上，正如人们认为的那样，该芯片将允许继续开发具有先进人工智能功能的小型便携式设备，并能够执行当今超级计算机无法执行的复杂计算活动。
直到现在，人工突触网络都作为软件存在。麻省理工学院机械工程副教授Jeehwan Kim说，我们正在努力为便携式人工智能系统构建一个真正的硬件神经网络。«想象一下，将神经形态设备连接到汽车中的摄像机，并能够识别灯光和物体并立即做出决策，而无需将其连接到互联网。我们希望使用节能的memristori来当场实时进行这些操作。
Memristori在神经形态设备中的作用类似于电子电路中的晶体管，尽管它们的功能更像是大脑的突触。突触从神经元接收离子形式的信号，并将相应的信号发送到下一个神经元。在传统电路中，晶体管传输在两个值（0和1）之间传递的信息，并且仅当其以电流形式接收的信号具有特定强度时才这样做。另一方面，忆阻器沿梯度起作用，也就是说，其方式更类似于大脑中的突触。实际上，产生的信号会根据接收到的信号的强度而变化，从而使忆阻器具有不同的值并比普通晶体管执行更广泛的操作。
此外，就像突触一样，忆阻器能够记住与给定电流强度相关的值，并在下次接收相似电流时产生完全相同的信号。这样，他将能够可靠地响应复杂的方程或物体的视觉分类。
当前的忆念珠在性能上有局限性。它们由一个正电极和一个负电极组成，并由一个空间或一个开关介质隔开。通过向电极施加电压，离子流入该空间，形成朝向另一个电极的传导通道。接收到的离子形成忆阻器在电路中传输的电信号。离子通道的大小以及忆阻器产生的信号应与激励电压的强度成正比。
现有的忆阻器在电压刺激较大的传导通道或离子从一个电极流向另一个电极的情况下效果很好。但是，当它们必须通过较细的导电通道生成较小的信号时，它们的可靠性较差。实际上，传导通道越薄，离子从一个电极到另一电极的流动就越轻，并且各个离子粘在一起就越累人。这使得接收电极难以可靠地捕获相同数量的离子。
为了解决这个限制，金和他的同事们从冶金学中借鉴了一种技术。实际上，他们通过添加结合元素来控制离子的移动，从而改变了记忆分子中的原子相互作用。由于银通常用于制造膜状正电极，因此研究人员寻找一种可以与银结合以将离子保持在一起，同时又允许快速流向另一电极的元素。这就是铜的选择方式，铜是一种能够与银和硅结合在一起的材料。
为了使memristori使用这种新合金，研究小组首先用硅制成了负极，然后通过沉积少量铜，再沉积一层银来创建正极。然后，他们将两个电极放在非晶硅介质周围，并以此方式获得了由数以万计的memristori组成的平方毫米硅芯片。
芯片开发完成后，工程师对其进行了一系列视觉活动，以检测其记忆存储图像的能力，并以比其他使用未绑定元素制成的现有memristori更为清晰的版本多次复制它们。
作为第一个测试，研究人员重新创建了漫威漫画英雄英雄美国队长盾牌的灰度图像，并将图像中的每个像素等同于相应的忆阻器。该芯片不仅可以产生清晰的屏蔽图像，而且还可以记住该图像并多次复制。
“我们正在使用人工突触来执行真实的推理测试，”金说。«我们希望进一步开发这项技术，以安排大型设备进行图像识别活动。也许有一天您将能够带动人造大脑来执行此类任务，而无需连接到超级计算机，互联网或云»。
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