研究人員發明出一款可以編曲的類腦晶元

近日，比利時微電子研究中心（IMEC）研究人員開發出一款能夠編曲的類腦晶元。這款晶元能從「所聽的」歌曲中探索出特定的模式來學習音樂作品的創作規則，基於學習訓練，它就能以相似的風格來獨立創作歌曲。

這是IMEC一個相關項目的早期demo，這個項目旨在開發低功耗、通用型學習加速器，有望幫助醫療器械佩戴者定製個性化醫療感測器，或者使個人電子設備具備學慣用戶行為模式的能力。

IMEC神經計算技術開發的帶頭人普拉文·拉格萬（Praveen Raghavan）說，「目前的互聯設備本身還沒有太多智能，通常是將數據發送到雲端，並由遠程伺服器進行分析，因為這種情況下的能源消耗和冷卻成本並不算高」 。 IMEC團隊想改變這一點，他說：「我們的目標是使人工智慧更集成、更接近用戶，並且儘可能的降低成本。」這就意味著要開發出更緊湊、低功耗的專用學習晶元。

當然，IMEC的類腦晶元所創作的編曲聽起來還是模仿性的。晶元「作曲家」選了一些奇怪的音符，但還不足以稱之為前衛，還是處於西方古典音樂的框架之中。的確，IMEC類腦晶元創作的這30秒的曲子讓音樂家想起開始階段一遍又一遍練習的簡單旋律。有兩個小節非常接近於流行音樂或爵士樂的半音音階重複段；在最後一小節，使用了一個讓人感覺愉悅和期待的音符。

為了使類腦晶元能夠創作出曲子，首先需要連續地給晶元載入多首拍號（指每個音樂小節中含有多少個節拍）和曲風相同的歌曲。如果載入的歌曲節奏和風格過於廣泛，那麼晶元就無法辨別出特定的作曲模式。

拉格萬說，這款原型晶元是用老比利時風格和法國長笛小步舞曲來訓練的。基於訓練，類腦晶元能夠學習歌曲中的模式和規則，然後將其應用於創作中。當訓練的輸入切換到不同拍號的歌曲時，晶元將開始學習不同的曲子風格。

這款原型神經晶元是基於處理器上的1M內存庫的電阻RAM製作而成的。其中，存儲單元是氧化物材料惦記，其電阻會隨不同的施加電壓發生連續的狀態響應變化。當晶元在多個訓練歌曲中一個接一個地「聽到」兩個特定的音符時，它就會檢測到相應的模式。當兩個音符依次發生的頻率越高，它們之間的關聯就越強，而相應的兩個存儲單元之間的連接就越強。

反過來，當晶元從學習模式切換到撰寫模式時，晶元就更有可能將這兩個音符依次放置，這類似於我們學習時大腦中不同神經元之間的連接加強或減弱的方式。此外，該系統是分級的，也可以辨別和學習更廣泛的模式。 拉格萬說：「它（晶元）能夠從短期和長期的時間尺度上，從音樂中辨別模式。」

拉格萬並未透露該原型晶元功耗有多少，據稱此次晶元是偏保守的設計，構建了能夠響應一系列電壓驅動的大型存儲單元，以便進行更多的任務。音樂任務本身並不會使用整個內存庫，但將來更複雜的任務可能會用到。現在，他們已經研究了硬體的功能，並稱將會優化晶元設計。按拉格萬的說法，晶元目前已經很靈活了。此外，該團隊還對該晶元系統進行了文本訓練，使其能夠自動補全句子。

拉格萬稱，這些晶元系統可以用作個人電子設備學習加速器，或者與其他用於運行神經網路的硬體結合使用。目前他想到的一個應用是智能手錶的心率監測器，類腦晶元系統能夠根據用戶的個性化佩戴特點進行自動調整，從而獲得更準確的數據。他說：「有些人帶的很緊，有些人就帶的很松，並且帶的高低也不一樣，所有這一切都可能影響測量的準確性。」

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