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科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家試圖復(fù)制人腦無(wú)與倫比的計(jì)算能力，他們制造出了一種新的接口型憶阻設(shè)備。研究結(jié)果表明，該設(shè)備具有良好的可編程性和可靠性，可用作下一代神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的人造突觸。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進(jìn)智能系統(tǒng)》雜志。

研究示意圖　　圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

研究團(tuán)隊(duì)指出，與馮·諾依曼架構(gòu)的數(shù)字計(jì)算不同，受生物系統(tǒng)啟發(fā)的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算能像大腦一樣工作。人腦突觸連接著1000億個(gè)發(fā)送和接收化學(xué)信息的神經(jīng)元，突觸在同一位置存儲(chǔ)和處理信息，這為人腦處理信息節(jié)省了時(shí)間和精力。而傳統(tǒng)計(jì)算中，計(jì)算和存儲(chǔ)是分開(kāi)的。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)包括低能耗、高并行性和出色的容錯(cuò)能力。畢竟，人腦的運(yùn)行功率只有20瓦，但學(xué)習(xí)效率極高，這些優(yōu)勢(shì)使其非常適合學(xué)習(xí)、識(shí)別和決策等高級(jí)計(jì)算任務(wù)。

現(xiàn)有神經(jīng)形態(tài)計(jì)算依賴(lài)憶阻器等新興設(shè)備。憶阻器與目前的電阻器不同，它旨在復(fù)制突觸的結(jié)構(gòu)和功能，同時(shí)具有編程和記憶能力?，F(xiàn)有的憶阻器包括細(xì)絲系統(tǒng)，但這一系統(tǒng)容易過(guò)熱，缺乏穩(wěn)定性和可靠性。

鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，研究出了一種名為“接口型憶阻器”的新結(jié)構(gòu)，這種新器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠且性能極高。他們使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬來(lái)測(cè)試接口型憶阻器的計(jì)算性能，結(jié)果表明，該器件具有良好的一致性、可編程性和可靠性，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到94.72%。

此外，接口型憶阻器可以縮小到納米尺寸，即使是目前的細(xì)絲憶阻器技術(shù)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。尤其是與基于晶體管的神經(jīng)形態(tài)芯片相比，新型接口型憶阻器所需的功率要少得多，而晶體管受摩爾定律限制，很難繼續(xù)小型化。諸多優(yōu)勢(shì)使這些新型接口型憶阻設(shè)備可成為下一代神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的基本硬件。

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