MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

2020-07-25 量子位

伊瓢 發自 凹非寺
量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

MIT又在AI晶片領域做出了新的突破。

他們用銀矽銅合金造出了憶阻器，來模擬人腦中的突觸。

用這種技術造出來的晶片，每個晶片只有紙屑那麼大，而每平方毫米卻有數萬個憶阻器，能夠「記憶」圖像的高清細節。

真是邊緣計算的福音。研發團隊還說，這項技術最終能讓手機等便攜設備擁有超算一樣的性能，甚至不怎麼費電、不需要聯網。

真可謂超算一指尖，滿滿想像力。

這項研究發在了《自然-納米技術》上。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

憶阻器：扮演突觸的電晶體

這項新技術的關鍵，在於憶阻器。

憶阻器是一種特別的電晶體，研究人員用它來模擬人神經系統中的突觸，也就是兩個神經元之間連接的部分，負責把一個神經元的信號傳導到下一個神經元中去。

傳統的電晶體只能在0和1之間變換，但憶阻器可並不只有這兩種狀態，它提供的值是梯度變化的，因此，收到的信號越強，憶阻器的值也就越大。

這種設定看起來十分美好，單個電晶體的值不再是僅有二元的狀態，能夠梯度變化，也就是一個頂過去N個，效率大大提升。

然而，已有的憶阻器並不是一種特別成熟的技術。

憶阻器本身有正極和負極，中間有介質。如果一極接電，那麼就會有離子穿越介質，跑到另一極去。

已有的憶阻器裡，如果電壓比較大，導電通道也比較大，那麼上述離子穿越的過程效果是比較好的。

但是如果電流不夠大，導電通道也不夠大，那效果就不夠好了。

因此，為了讓憶阻器這種厲害的電晶體發揮作用，MIT的研究者們設計了另一種製造憶阻器的方法。

銀+矽+銅，憶阻器+1

那，要怎麼才能造出更好的憶阻器呢？

研究者們想到了用合金的方式。

他們用矽來做憶阻器的負極，用銀來做憶阻器的正極，然後加入少量的銅。

銅既可以與銀結合，也可以與矽結合，就像一座橋梁，連接了銀和矽兩端。

單個的憶阻器就造好了，然後他們在一平方毫米的矽片上放了上萬個憶阻器，組成了一個晶片。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

圖像處理能力

晶片造好之後，他們就用美國隊長的圖片來做測試。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

圖片中的一個像素相當於晶片裡的一個憶阻器，根據每個像素的顏色調整每個憶阻器的電導。

第三行是這次新憶阻器晶片的結果，晶片可以「記住」圖像，使其重複出現。

此外，還可以運行特定的程序，針對圖片做銳化、模糊等各種各種處理方式。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

MIT出品

這項研究，來自MIT的Jeehwan Kim教授的實驗室。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

Kim教授2015年進入MIT機械工程系擔任助理教授，此前在IBM做了不少關於太陽能薄膜電池、石墨烯等相關的研究，曾被IBM授予「Master Inventor」頭銜，甚至因為石墨烯的研究曾經獲得過美國能源部150萬美元的獎金。

論文的三位共同一作均是這個實驗室的博士後/博士生:

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

Hanwool Yeon，是這個實驗室的博士後，首爾大學材料科學博士，主要研究半導體和柔性電子器件及可穿戴設備。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

Peng Lin，也是這個實驗室的博士後，麻薩諸塞大學電氣與計算機工程博士，他在這篇論文的主角憶阻器方面研究了多年。

MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸，造出記憶力超強的晶片

Chanyeol Choi，MIT EECS的博士生，也曾經在高通擔任硬體工程師。

論文傳送門

Alloying conducting channels for reliable neuromorphic computing

連結：https://www.nature.com/articles/s41565-020-0694-5

參考連結：

https://techcrunch.com/2020/06/08/mits-tiny-artificial-brain-chip-could-bring-supercomputer-smarts-to-mobile-devices/

http://news.mit.edu/2020/thousands-artificial-brain-synapses-single-chip-0608

— 完 —

量子位 QbitAI · 頭條號籤約作者

關注我們，第一時間獲知前沿科技動態

相關焦點

  • MIT用「銀-矽-銅合金」模擬突觸,造出記憶力超強的晶片
    伊瓢 發自 凹非寺量子位 報導 | 公眾號 QbitAIMIT又在AI晶片領域做出了新的突破。他們用銀矽銅合金造出了憶阻器，來模擬人腦中的突觸。用這種技術造出來的晶片，每個晶片只有紙屑那麼大，而每平方毫米卻有數萬個憶阻器，能夠「記憶」圖像的高清細節。真是邊緣計算的福音。研發團隊還說，這項技術最終能讓手機等便攜設備擁有超算一樣的性能，甚至不怎麼費電、不需要聯網。真可謂超算一指尖，滿滿想像力。
  • 指尖的超算:MIT腦啟發晶片登上Nature子刊
    來自麻省理工學院（MIT）的工程師 Hanwool Yeon、Jeehwan Kim 等人設計了一種「片上大腦」，它比指甲蓋還小，內含數十萬人工突觸（憶阻器），其「記憶力」要比我們所知的其他晶片強上不少。我們距離模擬人腦又近了一步？
  • MIT新型「大腦晶片」問世,數萬人工大腦突觸組成,可進行超複雜計算
    近日，麻省理工學院（MIT）的工程師們設計了一種「大腦晶片」，讓我們向那種未來又邁進了一步。研究人員所用的晶片物理體積比一片紙屑還要小，但卻被工程師們放置了成千上萬個「人工大腦突觸」，這種被稱為「憶阻器」的矽基元件，能夠模仿人類大腦中信息傳遞的突觸結構。
  • MIT新型大腦晶片問世，攜數萬人工大腦突觸，紙屑大小卻堪比超算
    近日，麻省理工學院（MIT）的工程師們設計了一種「大腦晶片」，讓我們向那種未來又邁進了一步。研究人員所用的晶片物理體積比一片紙屑還要小，但卻被工程師們放置了成千上萬個「人工大腦突觸」，這種被稱為「憶阻器」的矽基元件，能夠模仿人類大腦中信息傳遞的突觸結構。
  • MIT研究人員將數萬個人工大腦突觸放在一塊晶片上
    從本質上講，麻省理工學院的「晶片上的大腦」比一張紙屑還小，但卻容納了數以萬計的矽基元件（稱為憶阻元件），這些元件可以模仿人腦中的信息傳輸突觸。這種「晶片上的大腦」是神經形態設備大家族的一部分，它從大腦的神經突觸中獲得靈感，以執行複雜的計算任務。現有的記憶電阻器設計在電壓刺激大量離子從一個電極流向另一個電極--一個大的傳導通道的情況下工作良好。但這些設計在較薄的傳導通道中缺乏可靠性。
  • 麻省理工研究出比香菜還小的AI晶片
    他們稱它為真正的「大腦中的大腦」，因為它集成了成千上萬的神經網絡進行神經突觸的人工突觸，即所謂的記憶。每個憶阻器都是由銀，銅合金以及矽製成的。這些人工突觸能夠模仿真實的突觸，即那些在大腦中充當信息傳輸高速公路的突觸。
  • 新型「晶片上的大腦」：為可攜式人工智慧系統打造神經網絡硬體
    （圖片來源：Peng Lin）研究人員借鑑了冶金學的原理，用銀和銅合金以及矽製成每個憶阻器。當他們用這款晶片來運行幾個視覺任務時，晶片可以「記住」存儲的圖像，並重複多次複製它們，這個版本比由非合金元素製造的現有憶阻器更清晰、更乾淨。
  • 「大腦晶片」—讓人類擁有超強記憶力不再是夢!
    ·伯爾格博士(Dr Theodore Berger) ，經過多年的研究，研製出大腦記憶晶片，目前已在實驗動物中獲得一定成效，此技術的實現，讓人類擁有超強記憶力不再是夢。科學家通過模擬人類大腦中產生長期記憶的這種自然過程，成功研製出這種與大腦產生的信號相符的晶片，該晶片可以承擔大腦的記憶存儲功能，類似於電腦的存儲記憶晶片，因為可以植入人類或其它動物的大腦，並發揮其強大的功能，被稱為大腦晶片。
  • 浙大重磅發布億級神經元類腦計算機：基於 792 顆自研「達爾文 2 代」晶片，可「意念」打字
    據悉，作為當前全球範圍內神經元規模最大的類腦計算機，這臺由浙江大學、之江實驗室共同研製的類腦計算機含 792 顆「達爾文 2 代」類腦晶片、1.2 億脈衝神經元和近千億的神經突觸，堪比小鼠大腦神經元的規模，典型運行功耗僅 350-500 瓦。
  • 研究人員將數萬個人工大腦突觸放在一塊晶片上
    麻省理工學院的工程師們設計了一種 "晶片上的大腦"，它比一張紙屑還小，由數以萬計的人工大腦突觸組成，這些突觸被稱為memristor，以矽為基礎的元件，可以模仿人腦中的信息傳遞突觸。研究人員借鑑了冶金學的原理，用銀和銅的合金以及矽來製造每個memristor。
  • 專注研發開關電源晶片,「芯茂微」提供數字模擬混合集成電路解決...
    36氪近期了解到一家從事高性能模擬及數模混合集成電路設計的企業——「深圳市芯茂微電子有限公司」。 「芯茂微」成立於2012年10月16日，主要經營範圍為民用電源晶片、高壓器件的研發與銷售，計算機軟硬體、集成電路、電子產品、電子工業專用設備提供等。目前參保人數41人，持有 38項專利，最新一項公開日期2020年4月，專利名稱為開關控制電路、晶片、適配器及開關控制方法。
  • 登上Nature子刊封面:英特爾神經晶片實現在線學習
    與當前人工智慧領域的人工神經元不同，Loihi 的神經元以數字表達的「脈衝」傳輸信息，這與人類大腦的處理模式更加類似。模型架構和信號編碼。Nabil Imam 表示：「這些問題超出了我們目前在實驗室中已完成的演示實驗的範圍，也是我們在未來幾年內希望解決的問題，使其成為一種能夠解決實際問題的產品。」
  • 世界最大晶片傍上超級計算機成真算力核彈
    【新智元導讀】近日，Cerebras Systems製造的世界最大晶片WSE，成功「傍上」美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室的拉森超級計算機。WSE由整片晶圓直接加工而成，40萬個AI核心，1.2萬億個電晶體，讓它成為名副其實的「算力怪獸」。你印象中的晶片長啥樣？
  • 到底能不能設計出為人工智慧打造的神經網絡晶片
    記憶元件組成類似突觸的硬體系統，模仿自然信息處理、學習和記憶。 　　近日，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員設計出一款「晶片上的大腦」，它比一片五彩紙屑還小，由數以萬計的人工大腦突觸製成。這種突觸稱為「憶阻器」，是一種矽基元件，可以模仿人腦中傳遞信息的突觸。 　　研究人員借鑑了冶金學的原理，用銀和銅合金以及矽製成每個憶阻器。
  • 模擬人腦功能的人工突觸裝置
    突觸是軸突和樹突相遇的地方，因此人腦中的神經元可以發送和接收神經信號; 眾所周知，人類大腦中有數百萬億個突觸。這種從大腦傳遞信息的化學突觸信息傳遞系統可以用很少的能量處理高水平的並行算法，因此對模擬突觸的生物學功能的人工突觸裝置的研究正在全球範圍內進行。
  • IBM成功構建模擬人腦功能的認知計算機晶片
    他們通過模擬大腦結構，首次成功構建出兩個具有感知認知能力的矽晶片原型，可以像大腦一樣具有學習和處理信息的能力。IBM公司領導該研究項目的負責人德哈門德拉·莫德哈表示，這兩個計算機晶片結合了神經元的計算能力、突觸（或神經節）的記憶能力和軸突的通信能力，基於這樣的晶片，新一代計算機即將閃亮登場。
  • MIT新突破:Nature Photonics揭秘新型光學深度神經網絡系統
    該概念圖展示了集成在印製電路板上的可編程納米光子（nanophotonic）處理器，其將助力深度學習計算基於模擬人類大腦激活傳導的人工神經網絡，與其多層疊加的「深度學習」計算機系統已經成為了計算機科學的熱門話題。除了引發了如人臉識別和語音識別等技術的變革外，這些系統不僅可以利用眾多的醫學數據找到可以高效診斷的模式，同時還能掃描化學成分而找到可能的新藥物。
  • 浙大發布中國規模最大類腦計算機，792顆晶片，億級神經元
    另一方面，科技的飛躍發展賦予了計算機特殊的意義，以類腦計算機為代表，通過模擬生物神經細胞膜電壓變化及傳遞過程，計算機好像越來越接近「人性」了。 或許，每個計算機科學家都曾有個夢想——用機器模仿人腦。 雖然叫「電腦」，但傳統的馮諾伊曼結構計算機與生物大腦相比，相差甚遠。隨著圖像處理、模式識別、機器翻譯、數據挖掘等一系列以智能為核心的應用加速興起，傳統電腦漸漸有點「跟不上」了。於是，計算機科學家們又開始思考「模擬生物大腦」的初心。
  • 浙大發布中國規模最大類腦計算機,792顆晶片,億級神經元
    另一方面，科技的飛躍發展賦予了計算機特殊的意義，以類腦計算機為代表，通過模擬生物神經細胞膜電壓變化及傳遞過程，計算機好像越來越接近「人性」了。這個「人性」體現在方方面面，向著計算機念一句《春曉》的詩句，它就能憑「記憶」很快往下念；朝它噴殺蟲劑，它可以反饋出「注意有毒氣體」……或許，每個計算機科學家都曾有個夢想——用機器模仿人腦。為什麼？
  • 前沿| 量子計算新突破點:電子-光子的「閒聊」
    單個量子計算機已經通過囚禁粒子和超導體建造出來了，但是技術挑戰減慢了基於矽的量子設備的研發進度。在構建量子計算機的時候，矽是非常誘人的材料，因為矽的價格不貴而且已廣泛用於今天的智慧型手機和計算機的設備製造中。研究員們在他們的設備裡囚禁了一個電子和一個光子，然後把電子的能量用這樣的一個方式轉移給光子。