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IBM研發(fā)世界首個人造神經(jīng)元 能模擬大腦工作方式

來源于互聯(lián)網(wǎng) 2016年08月06日 閱讀(


AlphaGo打敗韓國棋手李世石后,人工智能概念引爆全球。谷歌、Facebook等科技巨頭還專門成立了人工智能實驗室,布局人工智能,想在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算等領(lǐng)域中有所突破。對于人工智能來說,算法固然重要,但能以更低功耗,更快速度來運行算法的芯片,是該領(lǐng)域不可缺少的環(huán)節(jié),也成為了各大科技公司突破的關(guān)鍵。

于是,研究人員從人類本身出發(fā),希望能設(shè)計出一款可以模擬人類大腦運行,能像大腦一樣快速反應(yīng)、處理信息的芯片。

IBM研發(fā)世界首個人造神經(jīng)元 能模擬大腦工作方式

IBM5月公布的最新相變存儲芯片

當?shù)貢r間8月3日,IBM官方宣布,科學家使用相變材料,制造出了能存儲和處理數(shù)據(jù)的隨機脈沖神經(jīng)元??蒲腥藛T表示,這種神經(jīng)元集群與人造突觸等納米計算元件聯(lián)合,或是制造可用于認知計算領(lǐng)域的下一代超密集神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)的關(guān)鍵。

相變,是指物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過程。物質(zhì)系統(tǒng)中物理、化學性質(zhì)完全相同,與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。與固、液、氣三態(tài)對應(yīng),物質(zhì) 有固相、液相、氣相。相變材料,指的是隨溫度變化而改變物質(zhì)狀態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的過程稱為相變過程,這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。

該研究由IBM 蘇黎世研究院埃萬杰洛斯·埃萊夫特里烏負責。他在接受采訪時稱:“十多年來,我們一直在研究相變存儲(PCM)材料。今年5月我們公布的最新相變存儲技術(shù) 表明,每個單元能穩(wěn)定存儲3比特數(shù)據(jù);現(xiàn)在我們再次證明,基于相變材料的人工神經(jīng)元能執(zhí)行多種計算,如檢測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等,而且速度快、能耗低。”

根據(jù)IBM的研究報告,最新制造出的人工神經(jīng)元由包括鍺銻碲化物在內(nèi)的相變材料組成,這些相變材料會展示出非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)兩種穩(wěn)定的狀態(tài):一種非結(jié)晶態(tài);一種結(jié)晶態(tài),是制造可擦寫藍光光盤的基礎(chǔ)。

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藝術(shù)家創(chuàng)作:相變合金液鍺銻碲(GeSbTe)覆蓋的人造神經(jīng)元。 來源:IBM 研究院,新智元

研究人員在人工神經(jīng)元上施加了一系列電子脈沖,使相變材料不斷結(jié)晶,最終導致神經(jīng)元“點火”。這一過程通俗來說,與人類接觸某些熱屬性的東西后,大腦給出的反應(yīng)相似。

將 該屬性用于探測行為,發(fā)現(xiàn)可以觀測到數(shù)據(jù)的實時流通聯(lián)系。舉例來說,在物聯(lián)網(wǎng)中,傳感器能收集并分析海量天氣數(shù)據(jù)用于天氣預(yù)報,而你想找出其中哪些是暫時 相關(guān)的?!爸挥靡粋€神經(jīng)元就可以做出這樣的區(qū)分,因為這個神經(jīng)元與多個接收這些事件的突觸相連。我們在研究中多次展示了如何從多個事件流當中檢測關(guān)聯(lián) 性?!盜BM研究員 Manuel Le Gallo在接受采訪時說。

IBM研發(fā)世界首個人造神經(jīng)元 能模擬大腦工作方式

參與這項研究的IBM蘇黎世研究員(從左到右):Abu Sebastian,Evangelos Eleftheriou,Tomas Tuma,Angeliki Pantai 和 Manuel Le Gallo

與傳統(tǒng)材料制成的神經(jīng)元不同,相變神經(jīng)元的尺寸能小到納米量級別。研究論文指出,未來這一材料可以小到14納米。

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IBM蘇黎世

其次,它的信號傳輸速度很快,功耗很低。IBM稱,這些人工神經(jīng)元能耐受數(shù)十億次的開關(guān)操作,相當于以100赫茲的更新頻率工作多年。神經(jīng)元每次更新所需的能量不到5皮焦(10-12焦),平均電壓不足120微瓦(百萬分之一瓦)。

最 后也是最重要的一點,相變神經(jīng)元是隨機的,這意味著它能像生物神經(jīng)元一樣不可預(yù)測。在生物的細胞里,震動表明特定的輸入,但不一定會得到同樣的輸出。 IBM的相變神經(jīng)元正是利用了隨機性,讓神經(jīng)元完成了不可思議的工作,比如從復雜的數(shù)學題目中得出局部最小準則(local minimum criterion,LMC),這是依靠算法的數(shù)字計算機無法做到的。

正是因為上述特性,相變存儲器被認為是最有可能取代目前的 SRAM、DRAM、FLASH等產(chǎn)品成為未來主流的存儲器產(chǎn)品?!督?jīng)濟學人》評論認為,這是在人造大腦方面的又一突破。

目前,IBM的相變神經(jīng)元擁有10乘10的神經(jīng)元陣列,將5個小陣列組合成一個500神經(jīng)元的大陣列,該陣列可以用類似人類大腦的工作方式進行信號處理。

未來,IBM研究人員計劃構(gòu)建包含幾千個相變神經(jīng)元的單一芯片,并編寫能充分利用相變神經(jīng)元芯片隨機特性的軟件。

資訊編輯:中國財富500強(m.cementmason.com/)

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