根據(jù)一項新研究，一種類似電池的設(shè)備可以作為計算系統(tǒng)中的人工突觸，用于模仿大腦的效率和學(xué)習(xí)能力。大腦只需要很少的能量就能學(xué)習(xí)和記憶大量信息的能力激發(fā)了類腦或神經(jīng)形態(tài)計算機的研究，

 一個研究團隊之前開發(fā)了這種計算機的一部分：一種充當人工突觸的設(shè)備，模仿神經(jīng)元在大腦中的通信方式。

在《科學(xué)》雜志上，該團隊報告稱，這些設(shè)備的9個原型陣列在處理速度、能效、重復(fù)性和耐用性方面表現(xiàn)優(yōu)于預(yù)期。

未來，團隊成員希望將他們的人工突觸與傳統(tǒng)電子設(shè)備相結(jié)合，他們希望這可以成為推動小型設(shè)備人工智能學(xué)習(xí)向前發(fā)展的一步。

“如果你的記憶系統(tǒng)能夠以我們提出的能源效率和速度進行學(xué)習(xí)，那么你可以把它放在智能手機或筆記本電腦中，”該論文的作者之一Scott Keene說，他是Alberto Salleo實驗室，斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授，“這將開啟對我們自己的網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練并在設(shè)備上本地解決問題的能力，而無需依靠數(shù)據(jù)傳輸?！?/p>

人工突觸模仿人腦

該團隊的人工突觸類似于電池，改進后，研究人員可以接通或切斷兩個終端之間的電流，這種電流模仿了大腦的學(xué)習(xí)方式。這是一種特別有效的設(shè)計，因為數(shù)據(jù)處理和存儲發(fā)生在一個動作中，在傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)首先被處理然后才被傳輸?shù)酱鎯ζ鳌?/strong>

了解這些設(shè)備如何在陣列中執(zhí)行是至關(guān)重要的一步，因為它允許研究人員同時編程多個人工突觸。這比逐個編程突觸節(jié)省時間，并且可以與大腦實際工作的方式相比較。

在先前版本的設(shè)備測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的處理和存儲動作所需的能量是最先進計算系統(tǒng)所需的能量的十分之一，這有利于執(zhí)行特定的任務(wù)。

不過，研究人員擔(dān)心所有這些設(shè)備在較大陣列中協(xié)同工作時可能會產(chǎn)生過多的耗電。因此，他們重新設(shè)計每個設(shè)備以減少電流，使電池更糟糕，但陣列更節(jié)能。

3×3的陣列依賴于第二種類型的設(shè)備，由共同作者Joshua Yang在馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校開發(fā)，用作陣列中突觸編程的開關(guān)。

“要連接所有東西需要進行大量的故障排除和大量的連線。我們必須確保所有陣列組件都協(xié)同工作，“Salleo實驗室的博士后學(xué)者Armantas Melianas說?！暗钱斘覀兛吹揭磺卸剂疗饋頃r，它就像一棵圣誕樹。那是最激動人心的時刻?！?/p>

在測試過程中，陣列的性能超出了研究人員的預(yù)期。它以如此快的速度運行，團隊預(yù)測他們需要使用特殊的高速電子設(shè)備來測試這些設(shè)備的下一個版本。

在測量了3×3陣列的高能效后，研究人員對大型1024×1024突觸陣列進行了計算機模擬，并估計它可以基于目前智能手機或小型無人機相同的電池供電。研究人員還能夠?qū)⒃O(shè)備切換超過十億次，這是其速度的另一個證據(jù)，沒有看到其性能有所減弱。

“事實證明，聚合物器件，如果你能很好地使用它們，就可以像傳統(tǒng)的硅產(chǎn)品一樣具有彈性。從我的角度來看，這可能是最令人驚訝的方面?！癝alleo說。

“對我來說，它改變了我對這些聚合物設(shè)備的可靠性以及我們?nèi)绾问褂盟鼈兊目捶ā！?/p>

未來的測試

研究人員還沒有將他們的陣列進行測試，這將決定它的學(xué)習(xí)效果，這也是他們計劃研究的東西。該團隊還希望了解他們的設(shè)備如何能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，例如高溫，以及將其與電子設(shè)備集成在一起。還有許多基本問題需要解決，這些問題可以幫助研究人員準確理解為什么他們的設(shè)備表現(xiàn)如此出色。

“我們希望更多的人開始研究這種類型的設(shè)備，因為沒有多少人關(guān)注這個特定的架構(gòu)，但我們認為它非常有前景，”Melianas說，“因為仍有很大的改進空間和創(chuàng)造力，我們只是觸及表面?！?/p>

其他共同作者來自斯坦福大學(xué); 桑迪亞國家實驗室; 和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校。這項工作的資金來自桑迪亞國家實驗室，美國能源部，國家科學(xué)基金會，半導(dǎo)體研究公司，斯坦福大學(xué)研究生獎學(xué)金基金，以及斯坦福大學(xué)博士后研究的Knut和Alice Wallenberg基金會。雷鋒網(wǎng)

雷鋒網(wǎng)編譯，via stanford ，futurity雷鋒網(wǎng)

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