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蜂蜜也能開啟神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)時代？模擬人腦的蜂蜜憶阻器問世
2022年04月11日 13:36:27
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：5394
近些日來，美國華盛頓州立大學工程師在《物理學雜志D》上發(fā)表論文稱，他們將蜂蜜加工成固體后并架在兩個金屬電極之間，制造出了一款微米尺度的蜂蜜憶阻器。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】或許你不會相信，利用蜂蜜能夠研制出不僅可以處理數(shù)據(jù)，還能夠儲存數(shù)據(jù)的憶阻器，但這種奇幻的事確有發(fā)生！近些日來，美國華盛頓州立大學工程師在《物理學雜志D》上發(fā)表論文稱，他們將蜂蜜加工成固體后并架在兩個金屬電極之間，制造出了一款微米尺度的蜂蜜憶阻器。
隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術(shù)也隨之不斷崛起，使之對芯片的算力和能效的要求也變得越來越高，人們迫切需要一個合適的電子平臺來彌補技術(shù)缺陷。在這樣的背景下，憶阻器脫穎而出，這是一種有記憶功能的非線性電阻，是繼電阻、電容、電感之后的第四件無源基本電路元件。
憶阻器可以通過控制電流的變化來改變阻值，如果把高阻值定義為“1”，低阻值定義為“0”，則這種電阻就可以實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的功能。而其中，憶阻器最有趣的特征就是可以記憶流經(jīng)它的電荷數(shù)量，它就是一個有記憶功能的非線性電阻器。同時，憶阻器具有高集成密度、高讀寫速度、多值計算潛力、低耗能等優(yōu)勢。在非易失性儲存、邏輯運算、新型計算/存儲融合架構(gòu)計算和新型神經(jīng)形態(tài)計算等方面，憶阻器呈現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景。
憶阻器還能讓電腦理解以往搜集數(shù)據(jù)的方式，就類似于人類大腦搜集、理解一系列事情的模式一般，憶阻器可以讓計算機在找出自己保存的數(shù)據(jù)時更加智能。就像生物的神經(jīng)細胞一樣，憶阻器能夠記住很多信息，若是通過采用一種硅芯片中的電阻器更加聯(lián)網(wǎng)的方式將憶阻器連接在一起，或許真的有可能可以制造出一套在功能上與生物大腦沒有很大區(qū)別的系統(tǒng)。
人類的大腦中有1000多億個神經(jīng)元，其中還有1000多萬億個突觸，每個神經(jīng)元都可以處理和儲存數(shù)據(jù)，這使得大腦比傳統(tǒng)計算機要更有效率，而神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)就是在模擬大腦通過尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作的方式。
近年來，國外也有多家公司已經(jīng)發(fā)布了神經(jīng)形態(tài)芯片，每塊芯片相當于1億多個“神經(jīng)元”，但與人腦中神經(jīng)元的數(shù)量相比仍是相形見絀。并且許多開發(fā)者們?nèi)栽谑褂靡恍┎豢稍偕挠卸静牧蟻韺ι窠?jīng)形態(tài)芯片進行開發(fā)。為此，美國華盛頓州立大學工程與計算機科學學院副教授趙峰等人一直在為這種新型計算機尋找可生物降解和可再生的解決方案，最終發(fā)現(xiàn)了蜂蜜的潛力。
研究團隊通過將蜂蜜加工成固體并夾在兩個金屬電極之間，其方式類似于大腦突觸位于神經(jīng)元對之間的方式，從而制造出了微米尺度的蜂蜜憶阻器。蜂蜜不易變質(zhì)，水分濃度非常低，因此細菌無法在其中生存，這意味著這些計算機芯片將在很長一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定。并且，新開發(fā)出來的蜂蜜憶阻器芯片應(yīng)該能耐受神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的較低熱量。不僅如此，這種憶阻器芯片還將減少電子垃圾——若是要對這些由蜂蜜制成的電腦芯片進行處理時，將它們?nèi)芙庠谒芯托小?br />
這種結(jié)構(gòu)簡單的非常小的設(shè)備，功能卻與人類神經(jīng)元十分相似，這意味著，如果可以將數(shù)百萬或數(shù)十億個蜂蜜憶阻器集成在一起，那么它們就可以制成一個功能類似于人腦的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)。目前，研究團隊的目標是將蜂蜜憶阻器的尺寸從大約人類頭發(fā)大小的微米級縮小到大約人類頭發(fā)的 1/1000 的納米級，為神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的誕生鋪平道路。
不僅僅是人工智能和數(shù)據(jù)存儲，憶阻器還能夠?qū)崿F(xiàn)保密通信，不僅如此，它還可以讓手機在使用數(shù)周或更久的時間后無需充電，也可使筆記本電腦在電池電量耗盡后很久仍能保存信息，十分具有市場價值。這是一個信息爆炸的大數(shù)據(jù)時代，對超高性能計算與非易失性存儲的需求呈爆發(fā)式增長，憶阻器這種令人興奮的大發(fā)現(xiàn)，對現(xiàn)代電子學具有潛在的巨大影響。同時，憶阻器的潛在價值正在逐步被發(fā)現(xiàn)。盡管憶阻器要產(chǎn)業(yè)化仍有很長的路需要走，但我們?nèi)匀豢梢韵嘈?，隨著科技的發(fā)展，憶阻器極有可能會成為現(xiàn)有電子器件的補充和部分的優(yōu)化替代產(chǎn)品。
(資料參考來源：科技日報、知網(wǎng)、知乎)
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