新计算单元能模拟电子神经元和突触行为

2个月前 来源:科技日报 观看:35

新加坡国立大学研究团队开发出一种创新的超高效计算单元,能够模拟电子神经元和突触行为,为神经形态计算领域带来了革命性的变化。这项成果已在最新一期的《自然》杂志上发表,引起了半导体行业领先公司的广泛关注。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在人工神经网络中,电子神经元和突触是两个基本构成要素。与传统的计算机不同,这些系统能够在同一位置处理和存储数据,避免了传统计算机在内存和处理器之间传输数据的时间和能量消耗。然而,使用常规硅晶体管实现电子神经元和突触需要连接多个设备,每个神经元至少需要18个晶体管,而每个突触则需要至少6个晶体管,这导致它们比单个晶体管大得多,成本也更高。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

团队找到了一种巧妙的方法,可以在单一的传统硅晶体管中复制神经元和突触的电行为特征。通过将体端子的电阻调整到特定值,产生一种名为“冲击电离”的物理现象,这种现象产生的电流峰值与电子神经元激活时的情况相似。此外,通过设定不同的体端子电阻值,晶体管能够在栅极氧化层中存储电荷,其电阻会随时间保持,从而模仿电子突触的行为。这意味着只需选择合适的体端子电阻,晶体管就可以作为电子神经元或突触运行。“冲击电离”这一现象通常被视为硅晶体管的一种故障机制,但研究团队成功地控制并将其转化为具有工业应用价值的技术。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

这项发现的重要性在于,它能使电子神经元的体积缩小至原来的1/18,突触缩小至1/6,对于包含数百万个电子神经元和突触的人工神经网络来说,这代表了一个巨大的进步,意味着能以更低的能量消耗处理更多的信息。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

此外,该团队还设计了一种由两个晶体管组成的单元——神经突触随机存取存储器,支持在神经元和突触操作模式之间的切换,提供了制造过程中的高度灵活性,因为这两种功能都可以通过一个模块实现,无需对硅进行掺杂以达到特定的基板电阻值。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

值得注意的是,团队使用的晶体管基于传统的180纳米节点技术,不需要最新的高端制造工艺。这一突破不仅展示了技术上的创新,也为未来的计算技术开辟了新的道路。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

技术创新推动工程进步,工程创新同样也为技术进一步革新开辟道路。这次,科研人员巧妙改造了传统硅晶体管,让一个元件可以兼具电子神经元和突触的双重功能。而且,他们利用的这种物理现象,通常被视为硅晶体管的一种故障机制。换个思路天地开,将“故障”控制好,也能把它转化为具有工业应用价值的新技术。这项技术能以更少的晶体管实现人工神经网络功能,突破了神经形态计算落地的瓶颈,而且用现有工艺即可实现,应用前景广阔。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

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在人工神经网络中,电子神经元和突触是两个基本构成要素。与传统的计算机不同,这些系统能够在同一位置处理和存储数据,避免了传统计算机在内存和处理器之间传输数据的时间和能量消耗。然而,使用常规硅晶体管实现电子神经元和突触需要连接多个设备,每个神经元至少需要18个晶体管,而每个突触则需要至少6个晶体管,这导致它们比单个晶体管大得多,成本也更高。rN7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

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