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三星電子和哈佛大學聯合研究,目標可在神經形態晶片上“復制和粘貼”大腦

三星電子與哈佛研究人員一同在 Nature Electronics 發表的 Perspective 論文中引入了一種新方法來對存儲芯片上的大腦進行逆向工程。

9月26日,先進半導體技朮的全球領導者三星電子分享了一個新的進展,讓世界更接近於實現能夠更好地模仿大腦的神經形態芯片。

在三星和哈佛大學的領先工程師和學者的設想下,這一見解被 Nature Electronics 發表為題為“基於復制和粘貼大腦的神經形態電子學”的 Perspective 論文。三星高等技術學院(SAIT)研究員、哈佛大學教授Donhee Ham,哈佛大學教授朴洪坤,三星SDS總裁兼首席執行官兼前SAIT負責人Sungwoo Hwang,以及三星先進技術研究院(SAIT)副董事長兼首席執行官 Kinam Kim 三星電子為共同通訊作者。

CNEA 上的大鼠神經元圖像(CMOS 納米電極陣列)。

作者提出的願景的本質最好用“復制”和“粘貼”兩個詞來概括。該論文提出了一種使用 Ham 博士和 Park 博士開發的突破性納米電極陣列復制大腦神經元連接圖的方法,并將該圖粘貼到固態存儲器的高密度三維網絡上,該技朮用於三星一直處於世界領先地位。

通過這種復制和粘貼方法,作者設想創建一種接近大腦獨特計算特徵的存儲芯片——低功耗、輕松學習、適應環境,甚至自主性和認知能力——這些都是當前技術無法實現的.

大腦由大量神經元組成,它們的布線圖負責大腦的功能。因此,地圖的知識是逆向工程大腦的關鍵。

雖然 1980 年代推出的神經形態工程的最初目標是在硅芯片上模擬神經元網絡的這種結搆和功能,但事實證明這很困難,因為直到現在,人們對大量神經元的連接方式知之甚少共同創造大腦的高級功能。因此,神經形態工程的目標已經簡化為設計一個受大腦“啟發”的芯片,而不是嚴格模仿它。

這篇論文提出了一種回歸大腦逆向工程最初的神經形態目標的方法。納米電極陣列可以有效地進入大量神經元,因此可以高靈敏度地記錄它們的電信號。這些大量平行的細胞內記錄為神經元布線圖提供信息,表明神經元相互連接的位置以及這些連接的強度。因此,從這些信號記錄中,可以提取或“復制”神經元布線圖。

然后可以將復制的神經元圖“粘貼”到非易失性存儲器網絡——例如我們日常生活中使用的固態硬碟 (SSD) 中的商業閃存,或“新”存儲器,例如電阻隨機存取記憶(RRAM)——通過對每個記憶進行編程,使其電導代表復制圖中每個神經元連接的強度。


(左起)三星高等技術學院(SAIT)院士兼哈佛大學教授Donhee Ham、哈佛大學教授朴洪坤、三星SDS總裁兼首席執行官Sungwoo Hwang(前SAIT負責人)和Kinam Kim ,三星電子副董事長兼CEO,共同通訊作者。

這篇論文更進一步,提出了一種將神經元布線圖快速粘貼到記憶網絡上的策略。當由細胞內記錄的信號直接驅動時,專門設計的非易失性存儲器網絡可以學習和表達神經元連接圖。這是一種將大腦的神經元連接圖直接下載到存儲芯片上的方案。

由於人腦估計有 1000 億左右的神經元,以及一千倍左右的突觸連接,最終的神經形態芯片將需要 100 萬億左右的記憶。內存的 3D 集成將使在單個芯片上集成如此大量的內存成為可能,三星領導的這項技朮為內存行業開辟了一個新時代。

憑借其在芯片制造方面的領先經驗,三星計划繼續在神經形態工程方面進行研究,以擴大三星在下一代人工智能半導體領域的領先地位。

“我們提出的願景非常雄心勃勃,”哈姆博士說。 “但是朝着這樣一個英雄目標而努力將推動機器智能、神經科學和半導體技朮的界限。”


消息來源:https://news.samsung.com/global/samsung-electronics-puts-forward-a-vision-to-copy-and-paste-the-brain-on-neuromorphic-chips

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