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[8915] 2015-05-11_人工智能的未来：用忆阻器制造神经网络芯片

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-17
2015-05-11_人工智能的未来：用忆阻器制造神经网络芯片 人 工 智 能 的 未 来 ： 用 忆 阻 器 制 造 神 经 网 络 芯 片 F r e e B u f   2 0 1 5 - 0 5 - 1 1 微 信 号 ： 微 信 号 ： f r e e b u f 比 尔 比 尔 • 盖 茨 对 《 连 线 》 杂 志 说 ： 如 果 他 还 是 个 少 年 ， 他 就 会 做 生 物 黑 客 了 。 盖 茨 对 《 连 线 》 杂 志 说 ： 如 果 他 还 是 个 少 年 ， 他 就 会 做 生 物 黑 客 了 。 “ 如 果 你 想 用 伟 大 的 方 式 改 变 世 界 ， 就 从 如 果 你 想 用 伟 大 的 方 式 改 变 世 界 ， 就 从 生 物 分 子 开 始 吧 。 生 物 分 子 开 始 吧 。 ” — — 《 想 当 厨 子 的 生 物 学 家 是 个 好 黑 客 》 《 想 当 厨 子 的 生 物 学 家 是 个 好 黑 客 》 F r e e b u f 百 科 ： 忆 阻 器 百 科 ： 忆 阻 器 忆 阻 器 （ m e m r i s t o r ） 是 一 种 被 动 电 子 元 件 ， 被 认 为 是 电 路 的 第 四 种 基 本 元 件 ， 仅 次 于 电 阻 器 、 电 容 器 及 电 感 元 件 。 忆 阻 器 可 以 在 关 掉 电 源 后 ， 仍 能 “ 记 忆 ” 通 过 的 电 荷 。 两 组 的 忆 阻 器 更 能 产 生 与 晶 体 管 相 同 的 功 能 ， 但 更 为 细 小 。 而 忆 阻 器 的 特 性 与 一 种 与 其 全 然 无 关 的 电 路 相 似 ： 神 经 元 突 触 。 神 经 元 之 间 不 是 单 线 相 连 ， 而 是 多 线 连 接 成 错 综 复 杂 的 网 络 。 每 一 个 神 经 元 总 是 和 多 个 神 经 元 相 连 ， 将 电 信 号 从 它 的 一 端 传 到 另 一 端 。 突 触 是 神 经 元 之 间 在 功 能 上 发 生 联 系 的 部 位 ， 也 是 信 息 传 递 的 关 键 部 位 。 通 过 这 些 突 触 的 信 号 越 多 ， 两 个 神 经 元 之 间 的 联 系 就 越 强 大 。 如 同 反 复 记 忆 这 一 行 为 ， 便 是 增 加 神 经 元 中 的 突 触 ， 以 形 成 联 系 更 为 紧 密 的 神 经 元 。
这 一 特 性 照 亮 了 使 用 忆 阻 器 制 造 神 经 突 触 芯 片 的 前 景 ， 通 常 情 况 下 脑 电 路 控 制 逻 辑 神 经 元 ， 忆 阻 器 则 控 制 它 们 之 间 的 链 接 。 然 而 ， 即 使 性 能 最 优 的 忆 阻 器 也 无 法 利 用 C M O S （ 互 补 金 属 氧 化 物 半 导 体 ） 创 建 电 路 ， 因 为 使 用 了 C M O S 的 忆 阻 器 的 状 态 很 不 稳 定 。 构 造 构 造 忆 阻 器 神 经 网 络 忆 阻 器 神 经 网 络 现 在 ， 来 自 S t o n y   B r o o k 大 学 和 C a l i f o r n i a   S a n t a   B a r b a r a 大 学 的 研 究 团 队 似 乎 解 决 了 这 一 问 题 。 他 们 运 用 的 是 一 种 简 单 方 式 ： 系 统 性 试 错 法 研 究 。 忆 阻 器 是 由 金 属 氧 化 物 （ 常 用 二 氧 化 钛 ） 制 成 ， 因 为 电 流 会 在 氧 原 子 消 失 的 地 方 影 响 金 属 材 料 ， 进 而 影 响 其 电 流 阻 力 。 在 这 种 情 况 下 ， 实 验 人 员 将 氧 化 铝 和 二 氧 化 钛 结 合 形 成 了 一 个 忆 阻 器 。 他 们 从 “ 详 尽 探 究 二 氧 化 钛 组 分 及 层 厚 度 （ 5 n m - 1 0 0 n m ） 的 实 验 ” 开 始 ， 然 后 逐 步 调 整 加 上 铝 氧 化 物 的 厚 度 。 二 氧 化 钛 层 厚 决 定 了 在 指 定 地 点 生 成 忆 阻 器 的 难 易 程 度 ， 同 时 氧 化 铝 层 影 响 了 实 际 运 行 的 稳 定 性 与 强 度 。 神 经 网 络 ： 人 工 智 能 的 未 来 ？ 神 经 网 络 ： 人 工 智 能 的 未 来 ？ 神 经 网 络 是 由 传 统 电 路 链 接 而 成 的 网 格 （ 技 术 上 称 交 叉 开 关 ） ， 而 忆 阻 器 出 现 在 每 一 个 垂 直 线 路 交 叉 处 神 经 网 络 是 由 传 统 电 路 链 接 而 成 的 网 格 （ 技 术 上 称 交 叉 开 关 ） ， 而 忆 阻 器 出 现 在 每 一 个 垂 直 线 路 交 叉 处 — — 首 先 将 首 先 将 金 属 氧 化 物 层 放 置 于 这 些 位 置 ， 然 后 再 通 入 电 流 。 金 属 氧 化 物 层 放 置 于 这 些 位 置 ， 然 后 再 通 入 电 流 。 研 究 人 员 训 练 神 经 网 络 识 别 V 、 N 、 Z 三 个 字 母 ， 其 囊 括 了 存 在 单 像 素 误 差 的 可 能 。 在 经 过 一 段 时 间 的 训 练 之 后 ， 忆 阻 器 神 经 网 络 能 够 识 别 出 所 有 三 个 字 母 ， 同 时 更 深 入 的 训 练 可 以 进 一 步 提 升 神 经 网 络 的 表 现 。 基 础 运 算 中 的 几 个 部 分 是 由 传 统 硬 件 完 成 的 ， 而 忆 阻 器 则 能 处 理 最 需 要 进 行 紧 张 计 算 的 任 务 。 在 这 里 ， 研 究 者 生 成 的 系 统 只 涉 及 了 1 2 * 1 2 网 格 的 忆 阻 器 ， 因 此 能 力 是 有 限 的 。 而 来 自 奥 地 利 G r a z 科 技 大 学 的 R o b e r t L e g e n s t e i n 认 为 ： 如 果 这 个 设 计 可 以 扩 大 至 大 型 网 络 的 大 小 ， 那 么 它 将 颠 覆 电 脑 运 算 的 未 来 。 尽 管 存 在 很 多 挑 战 ， 但 神 经 网 络 还 是 可 以 轻 松 超 越 传 统 计 算 机 硬 件 ， 同 时 又 避 免 了 一 大 量 能 源 的 损 耗 。 即 使 层 厚 为 3 0 n m ， 在 一 平 方 厘 米 中 也 能 存 放 2 5 0 0 万 个 细 胞 ， 而 其 中 每 个 细 胞 中 带 有 1 万 个 突 触 。 想 要 为 这 一 切 提 供 能 源 支 持 ， 却 只 需 要 1 瓦 电 。 * 参 考 来 源 ： a r s t e c h n i c a ， 转 载 请 注 明 来 自 F r e e B u f 黑 客 与 极 客 （ F r e e B u f . C O M ）
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