科學家為「頭腦晶元」設計人工突觸，能像大腦一樣工作！

人的大腦中約有1千億個神經元，其中一個可以在任意時間向其它數千個神經元發布指令，其方式是通過神經元之間的突觸傳遞神經遞質。超過100萬億的神經遞質在大腦中負責調節神經元信號，使大腦以閃電般的速度進行識別、記憶或完成其它學習任務。

在「神經計算」這一新興領域的研究者們試圖設計出能像大腦那樣去工作的計算機晶元，或稱為「頭腦晶元」。這種「頭腦晶元」不是採用當今數字晶元的二進位計算方法，而是以互換信號的模擬方式工作，就像神經元以不同方式激活一樣，而激活的方式取決於流經突觸的離子的類型和數量。

這樣，神經晶元就可以如大腦般有效地進行數百萬的平行計算，而這在當今只有大型計算機組才能做得到。不過，這一人工智慧技術的主要障礙存在於神經突觸，在硬體中製造突觸是一個非常棘手的挑戰。

近期，麻省理工學院（MIT）的科學家們設計出了一種人工突觸，並能夠準確控制流經該突觸的電流強度，類似於離子在神經元之間的流動方式。該團隊用硅鍺製造了一個帶有人工突觸的小晶元，在模擬實驗過程中，研究者們發現，該晶元及其突觸可以識別手寫樣本，準確率為95%。

這一研究結果發表在《自然材料》（Nature Materials）期刊上，意味著學術界向研製用於模式識別和其它學習任務的攜帶型、低功率神經晶元又邁進了一大步。

該項目負責人為MIT機械工程系、材料科學和工程系助理教授金姆（Jeehwan Kim），他也是MIT電子研究實驗室和微系統技術實驗室的主要研究員。

金姆及同事對一個人工神經元網路進行了計算機模擬，此網路包含三層神經元，並由兩層人工突觸相連接。在模擬中，他們輸入了數萬個神經形態設計師們常用的手寫識別數據集樣本，結果發現，他們的神經元網路硬體準確識別了95%的手寫樣本，而現存的計算程序軟體的準確率為97%。

目前該團隊正在製造一種能夠在現實中、而不是模擬中完成手寫識別任務的神經晶元。金姆表示，不僅是手寫識別，其團隊設計的人工突觸能夠用來製造出更小的、攜帶型的神經網路裝置，可以進行當前只有大型超級計算機才能完成的複雜計算。

科學家們的最終目的，是想要研製出如手指甲大小的、卻能夠代替大型超級計算機的晶元。」

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