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MIT设计“大脑芯片” 可不联网让汽车摄像头完成图像识别任务

盖世汽车 余秋云 2020-07-11 07:26:45
核心提示:学习大脑突触,研发大脑芯片,就是MIT正在做的事。

盖世汽车讯 据外媒报道,美国麻省理工学院(MIT)的工程师设计了一款“大脑芯片”(brain-on-a-chip),比一块五彩纸屑还小,由成千上万个称为忆阻器的人工大脑突触制成。忆阻器是一种硅基组件,可以模仿人类大脑中传递信息的突触。

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(图片来源:MIT)

研究人员借鉴了冶金原理,用银、铜和硅的合金打造了忆阻器。当运行芯片执行几个视觉任务时,该芯片能够“记住”存储的图像,并多次复制图像。与现在用非合金元素制成的忆阻器相比,此类芯片复制的图像更清晰、更干净。

该项研究展示了一种很有前景的新型忆阻器设计,可实现神经形态设备,此种设备是一种新型基于电路的电子设备,其中的电路以模仿人脑神经架构的方式处理信息。此种受大脑启发被研发的电路可以植入小型便携式设备,执行超级计算机才能处理的复杂计算任务。

MIT机械工程系助理教授Jeehwan Kim表示:“目前,人工突触网络以软件的形式存在。我们正试图为便携式人工智能系统构建真正的神经网络硬件。想象一下,将一个神经形态设备连接到车辆的摄像头,就可以识别出灯光和物体,并立即做出决策,根本无需连接到互联网。我们希望利用更节能的忆阻器在现场、实时完成此类任务。”

忆阻器,或称记忆晶体管,是神经形态计算的基本元素。在神经形态设备中,忆阻器将充当电路中的晶体管,尽管其工作方式与大脑突触(两个神经元之间的连接点)更类似。突触会从一个神经元接收到离子形式的信号,然后向下一个神经元发送相应的信号。

传统电路中的晶体管通过切换0和1值来传输信息,并且只有在接收到的电流信号具有一定强度时才会实现传输。相比之下,忆阻器会逐级工作,与大脑中的突触很像。它产生的信号会根据接收到的信号的强度而变化,因而单个忆阻器有很多个值,与二元晶体管相比,可执行范围更广的操作。

与大脑突触一样,忆阻器也能够“记住”与给定电流强度相关的值,并在下一次接收到类似电流时产生完全相同的信号,确保复杂方程的答案,或执行物体视觉分类是可靠的,而此前完成此类任务需要多个晶体管和电容器。

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(图片来源:MIT)

最终,科学家们设想,与传统的晶体管相比,忆阻器所需芯片的面积更小,能够让功能强大的计算设备不依赖超级计算机,甚至无需连接互联网。

但是,现有的忆阻器设计使其性能受限。单个忆阻器由一个正电极和一个负电极组成,由“开关介质”或电极之间的空间隔开。当一个电极被施加电压时,离子会从该电极流过介质,形成一个“传导通道”,流到另一个电极。接收到的离子构成了忆阻器通过电路传输的电子信号,离子通道的大小(以及忆阻器最终产生的信号)应与刺激电压的强度成正比。

Kim表示,现有的忆阻器在电压刺激较大的传导通道,或者有大量离子从一个电极流向另一个电极的情况下,工作得很好。但是,当忆阻器需要更薄的传导通道产生更微妙的信号时,此类设计就不那么可靠。

传导通道越薄,从一个电极到另一个电极的离子流动越轻,单个离子就越难保持在一起,而且,离子会倾向于离开群体,在媒介中解散。因此,在小电流的刺激下,接收电极很难可靠地捕获相同数量的离子,以传输相同的信号。

因此,研究人员借鉴冶金学的一项技术,绕开了这一限制。通常来说,工程师们会用银作为忆阻器的正极材料。不过,研究人员寻找了一种可以与银结合的元素,从而能够有效地将银离子结合在一起,同时让银离子快速流到另一个电极。

该研究小组认为铜是理想的合金元素,因为铜可以与银和硅结合。为了用新合金制造忆阻器,研究小组首先用硅制造了负电极,然后沉积少量的铜制造了正电极,接着覆盖了一层银,还把两个电极夹在非晶硅介质周围,从而用成千上万个忆阻器制成了一毫米见方的硅芯片。

经过测试,发现该芯片能够顺利完成图像识别任务。研究人员表示:“我们希望进一步研发该项技术,使其拥有更大规模的阵列来完成图像识别任务,让人们可以携带此类芯片完成上述任务,无需连接到超级计算机、互联网或云端。”

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本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202007/11I70187044C601.shtml

文章标签: 黑科技 前瞻技术

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