根據(jù)一項(xiàng)新研究，一種類(lèi)似電池的設(shè)備可以作為計(jì)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(lèi)腦或神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)的研究，

 一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)之前開(kāi)發(fā)了這種計(jì)算機(jī)的一部分：一種充當(dāng)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(tuán)隊(duì)報(bào)告稱(chēng)，這些設(shè)備的9個(gè)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(lái)，團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(jìn)行學(xué)習(xí)，那么你可以把它放在智能手機(jī)或筆記本電腦中，”該論文的作者之一Scott Keene說(shuō)，他是Alberto Salleo實(shí)驗(yàn)室，斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授，“這將開(kāi)啟對(duì)我們自己的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練并在設(shè)備上本地解決問(wèn)題的能力，而無(wú)需依靠數(shù)據(jù)傳輸。”

人工突觸模仿人腦

該團(tuán)隊(duì)的人工突觸類(lèi)似于電池，改進(jìn)后，研究人員可以接通或切斷兩個(gè)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(jì)，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)發(fā)生在一個(gè)動(dòng)作中，在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)首先被處理然后才被傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器。

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?yàn)樗试S研究人員同時(shí)編程多個(gè)人工突觸。這比逐個(gè)編程突觸節(jié)省時(shí)間，并且可以與大腦實(shí)際工作的方式相比較。

在先前版本的設(shè)備測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的處理和存儲(chǔ)動(dòng)作所需的能量是最先進(jìn)計(jì)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(guò)，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(shí)可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的耗電。因此，他們重新設(shè)計(jì)每個(gè)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(lài)于第二種類(lèi)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(kāi)發(fā)，用作陣列中突觸編程的開(kāi)關(guān)。

“要連接所有東西需要進(jìn)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(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者Armantas Melianas說(shuō)。“但是當(dāng)我們看到一切都亮起來(lái)時(shí)，它就像一棵圣誕樹(shù)。那是最激動(dòng)人心的時(shí)刻?！?/p>

在測(cè)試過(guò)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(yùn)行，團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)他們需要使用特殊的高速電子設(shè)備來(lái)測(cè)試這些設(shè)備的下一個(gè)版本。

在測(cè)量了3×3陣列的高能效后，研究人員對(duì)大型1024×1024突觸陣列進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，并估計(jì)它可以基于目前智能手機(jī)或小型無(wú)人機(jī)相同的電池供電。研究人員還能夠?qū)⒃O(shè)備切換超過(guò)十億次，這是其速度的另一個(gè)證據(jù)，沒(méi)有看到其性能有所減弱。

“事實(shí)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(lái)看，這可能是最令人驚訝的方面?！癝alleo說(shuō)。

“對(duì)我來(lái)說(shuō)，它改變了我對(duì)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?。?/p>

未來(lái)的測(cè)試

研究人員還沒(méi)有將他們的陣列進(jìn)行測(cè)試，這將決定它的學(xué)習(xí)效果，這也是他們計(jì)劃研究的東西。該團(tuán)隊(duì)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(wèn)題需要解決，這些問(wèn)題可以幫助研究人員準(zhǔn)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(kāi)始研究這種類(lèi)型的設(shè)備，因?yàn)闆](méi)有多少人關(guān)注這個(gè)特定的架構(gòu)，但我們認(rèn)為它非常有前景，”Melianas說(shuō)，“因?yàn)槿杂泻艽蟮母倪M(jìn)空間和創(chuàng)造力，我們只是觸及表面。“

其他共同作者來(lái)自斯坦福大學(xué); 桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室; 和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校。這項(xiàng)工作的資金來(lái)自桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)能源部，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，半導(dǎo)體研究公司，斯坦福大學(xué)研究生獎(jiǎng)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(huì)。雷鋒網(wǎng)

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

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