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三星联手哈佛研发黑科技:拟用神经形态芯片“复制”人脑

前瞻网    2021-09-28 10:30

 

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9月23日,全世界最大的半导体制造商之一韩国三星电子的研发团队与全球顶尖的科研学府哈佛大学共同发表了一篇研究论文。在论文中,他们提出了一种新的方法,能够将人类大脑的神经元“复制粘贴”到芯片上,使之成为拥有接近大脑独特计算特征的存储芯片。

该论文提出了一种突破性纳米电极阵列复制大脑神经元连接图的方法,并将该图粘贴到固态存储器的高密度三维网络上。通过这种复制和粘贴的方法,作者设想创造出一种记忆芯片,接近大脑独特的计算特征:低功耗、便捷的学习、对环境的适应,甚至自主和认知。这些都是目前的技术所不能达到的。

人类的大脑包括不计其数的神经元,神经元之间有着复杂的网络连接,这个网络实现了大脑的功能。因此,如果要对人类大脑进行反向工程研究,则首先必须搞清楚神经元网络连接图。

这项研究提出了一种回归大脑反向工程的原始神经形态目标的方法。纳米电极阵列可以有效地进入大量的神经元,因此它可以以高灵敏度记录它们的电信号。这些大规模并行的细胞内记录为神经元的网络连接图提供了信息,表明了神经元相互连接的位置以及这些连接的强度。因此,从这些提示性的记录中,可以提取或“复制”神经元的网络连接图。

然后,复制的神经元图可以被“粘贴”到非易失性存储器的网络中,例如我们日常生活中使用的固态硬盘(SSD)中的商用闪存,或者 “新”存储器,例如电阻式随机存取存储器(RRAM)。通过对每个存储器进行编程,使其电导率代表复制图中每个神经元连接的强度。

该论文更进一步,提出了一种将神经元布线图快速“粘贴”到记忆网络上的策略。当由细胞内记录的信号直接驱动时,一个专门设计的非易失性存储器网络可以学习和表达神经元连接图。这是一个直接将大脑的神经元连接图下载到存储芯片上的方案。

由于人脑估计有1000亿左右的神经元,以及1000倍左右的突触连接,最终的神经形态芯片将需要100万亿左右的记忆。在单个芯片上整合如此庞大数量的存储器将通过存储器的三维整合成为可能,三星公司领导的技术为存储器行业开辟了一个新时代。

利用其在芯片制造方面的领先经验,三星正计划继续研究神经形态工程,以扩大三星在下一代人工智能半导体领域的领先地位,推动机器智能、神经科学和半导体技术的发展。

这篇研究论文题为'Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain',发表于《自然·电子学》(Nature Electronics)期刊上。论文共同通讯作者包括三星高级技术研究所(SAIT)研究员、哈佛大学教授Donhee Ham,哈佛大学教授Hongkun Park,三星SDS总裁兼首席执行官、SAIT前负责人Sungwoo Hwang,以及三星电子副董事长兼首席执行官Kinam Kim。

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责任编辑: 3976DBC

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