麻省理工研究出比香菜還小的AI晶片

2020-07-25 半導體行業觀察
麻省理工研究出比香菜還小的AI晶片

來源：文章內容來自tio.ch，謝謝

麻省理工學院（MIT）工程師開發了一種新的神經形態晶片，它很小，比香菜還小。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。

口袋裡的一臺超級計算機

這項發表在《自然納米技術》上的研究表明，麻省理工學院的研究人員如何設法提出一種有前途的memristori新設計，該設計具有多種實際應用。實際上，正如人們認為的那樣，該晶片將允許繼續開發具有先進人工智慧功能的小型可攜式設備，並能夠執行當今超級計算機無法執行的複雜計算活動。

直到現在，人工突觸網絡都作為軟體存在。麻省理工學院機械工程副教授Jeehwan Kim說，我們正在努力為可攜式人工智慧系統構建一個真正的硬體神經網絡。«想像一下，將神經形態設備連接到汽車中的攝像機，並能夠識別燈光和物體並立即做出決策，而無需將其連接到網際網路。我們希望使用節能的memristori來當場實時進行這些操作。

Memristori作為突觸

Memristori在神經形態設備中的作用類似於電子電路中的電晶體，儘管它們的功能更像是大腦的突觸。突觸從神經元接收離子形式的信號，並將相應的信號發送到下一個神經元。在傳統電路中，電晶體傳輸在兩個值（0和1）之間傳遞的信息，並且僅當其以電流形式接收的信號具有特定強度時才這樣做。另一方面，憶阻器沿梯度起作用，也就是說，其方式更類似於大腦中的突觸。實際上，產生的信號會根據接收到的信號的強度而變化，從而使憶阻器具有不同的值並比普通電晶體執行更廣泛的操作。

此外，就像突觸一樣，憶阻器能夠記住與給定電流強度相關的值，並在下次接收相似電流時產生完全相同的信號。這樣，他將能夠可靠地響應複雜的方程或物體的視覺分類。

矽，銀和銅的合金

當前的憶念珠在性能上有局限性。它們由一個正電極和一個負電極組成，並由一個空間或一個開關介質隔開。通過向電極施加電壓，離子流入該空間，形成朝向另一個電極的傳導通道。接收到的離子形成憶阻器在電路中傳輸的電信號。離子通道的大小以及憶阻器產生的信號應與激勵電壓的強度成正比。

現有的憶阻器在電壓刺激較大的傳導通道或離子從一個電極流向另一個電極的情況下效果很好。但是，當它們必須通過較細的導電通道生成較小的信號時，它們的可靠性較差。實際上，傳導通道越薄，離子從一個電極到另一電極的流動就越輕，並且各個離子粘在一起就越累人。這使得接收電極難以可靠地捕獲相同數量的離子。

為了解決這個限制，金和他的同事們從冶金學中借鑑了一種技術。實際上，他們通過添加結合元素來控制離子的移動，從而改變了記憶分子中的原子相互作用。由於銀通常用於製造膜狀正電極，因此研究人員尋找一種可以與銀結合以將離子保持在一起，同時又允許快速流向另一電極的元素。這就是銅的選擇方式，銅是一種能夠與銀和矽結合在一起的材料。

為了使memristori使用這種新合金，研究小組首先用矽製成了負極，然後通過沉積少量銅，再沉積一層銀來創建正極。然後，他們將兩個電極放在非晶矽介質周圍，並以此方式獲得了由數以萬計的memristori組成的平方毫米矽晶片。

推理測試

晶片開發完成後，工程師對其進行了一系列視覺活動，以檢測其記憶存儲圖像的能力，並以比其他使用未綁定元素製成的現有memristori更為清晰的版本多次複製它們。

作為第一個測試，研究人員重新創建了漫威漫畫英雄英雄美國隊長盾牌的灰度圖像，並將圖像中的每個像素等同於相應的憶阻器。該晶片不僅可以產生清晰的屏蔽圖像，而且還可以記住該圖像並多次複製。

「我們正在使用人工突觸來執行真實的推理測試，」金說。«我們希望進一步開發這項技術，以安排大型設備進行圖像識別活動。也許有一天您將能夠帶動人造大腦來執行此類任務，而無需連接到超級計算機，網際網路或雲»。

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點讚同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。

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