一種以神經元為模型的超導計算晶片, 能比人腦更高效快速地加工處理資訊。 近日刊登於《科學進展》的新成果, 或許將成為科學家們開發先進計算設備來設計模仿生物系統的一項主要基準。
當下, 人工智慧軟體越來越多地開始模仿人類大腦。 而諸如穀歌公司的自動圖像分類和語言學習程式等演算法也能夠利用人工神經元網路執行複雜的任務。 但因為常規的電腦軟體不能被設計運行類似大腦的演算法, 因此相比人類大腦而言, 這些機器學習就需要更高的運算能力。
“肯定會有更好的方法來做這些, 因為大自然都能夠找到更好的辦法。 ”該研究合作者、美國國家標準與技術研究所(NIST)物理學家Michael Schneider表示。
NIST是若干希望開發出能夠模擬人類大腦的神經形態硬體,
然而這些設備至今還是無效的, 尤其當電晶體需要跨越間隙或突觸來傳遞資訊時, 因此, Schneider團隊利用鈮超導體製造出了神經元樣的電極, 其可以在無阻力的情況下進行導電。 隨後, 研究人員利用數千個磁性錳納米晶簇填補超導體的空隙。
通過改變突觸中磁場的數量, 這些納米晶簇就可以在不同方向上對齊。 這就能讓該系統在電力水準和磁性方向上對資訊進行編碼, 從而賦予該系統比其他神經形態系統更強大的計算能力, 同時不會佔據額外的物理空間。
這些突觸每秒可以放電10億次, 比人類神經元的速度快幾個數量級, 同時該系統消耗的能量僅為生物性突觸的萬分之一。 在電腦類比過程中, 在傳遞到下一個電極之前, 合成神經元就能通過最多9個來源核對輸入資訊。 但當基於該技術的系統用於複雜計算之前, 需要成千上萬個突觸, Schneider表示, 是否能夠擴大到這個水準還有待進一步研究分析。
另外一個問題是, 該突觸只能在接近絕對零度的溫度下運行,
美國加州理工學院電氣工程師Carver Mead讚揚了這項研究, 並將其稱之為神經形態計算的新方法。 “目前在該領域中充滿了炒作, 我們很高興能夠看到精細工作能以客觀的方式呈現出來。 ”他說, 但在晶片真正用於計算領域之前或許還需要一段很長的時間, 而且, 目前還存在來自許多其他神經形態計算設備的激烈競爭和挑戰。
Furber還強調, 這種新型設備的實際應用前景非常廣闊。
儘管如此, Furber表示, 一種新型計算設備進入市場需要10年甚至更長時間, 即便神經科學家很難理解人類大腦, 但他們非常有必要開發出盡可能多的不同的技術手段。 (張章)