欢迎访问本站!

首页科技正文

类脑芯片再登《自然》子刊!三星哈佛联手“复制粘贴”大脑神经元

admin2021-09-2949

新2最新网址www.22223388.com)实时更新发布最新最快最有效的新2网址和新2最新网址,包括新2手机网址,新2备用网址,皇冠最新网址,新2足球网址,新2网址大全。

芯器械(民众号:aichip001)

编译 |高歌

编辑 |Panken

芯器械9月27日新闻,韩国当地时间9月26日,三星电子宣布,其研究职员和哈佛大学教授团结提出了一种将大脑神经元毗邻图(neuronal wiring map)“复制、粘贴”到高密度3维存储网络上的可能。

论文作者设想确立一种类似人脑的存储芯片,该芯片将具有低功耗、轻松学习、顺应环境等特征,该芯片未来甚至可以具备自主性和认知能力。这项研究于9月23日刊登在了顶级期刊《自然・电子》上,论文问题为《Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain(基于复制和粘贴大脑的神经形态电子学)》。

论文DOI链接:https://doi.org/10.1038/s41928-021-00646-1

一、回归神经电子学科最初目的,逆向工程研究大脑

神经形态电子学始于20世纪80年月,其目的是行使集成电路来模拟生物神经系统中神经元网络的结构和功效。该学科的最终目的是将大脑的盘算能力带到固态平台上。然而,由于模拟大脑神经元网络过于难题,该学科的研究重点已经转向事宜驱动操作、影象中的信息处置等受到大脑特征启发的手艺。

现在,这一学科的研究主要可分为两类,划分为人工神经网络(ANN)和自然神经网络(NNN)。

人工神经网络是机械学习的框架,已经促使该领域泛起了一系列壮大的人工智能(AI)应用。自然神经网络则是自然智能的基础,由电化学提供动力。与人工神经网络相比,自然神经网络可以从条件很少或条件很差的数据中学习,以顺应环境。

由于当前人类对神经元若何在大脑内部事情知之甚少,构建一个具有怪异盘算能力的神经网络电路从基本上受到了挑战。随同着人工智能手艺的生长,在CPU、GPU、NPU、TPU等数字处置器之外,研究职员最先推动模拟辅助功效的处置器,这类处置器在AI盘算中的功耗更低。

论文作者以为,这类模拟辅助的处置器的运行方式灵感来自信脑,其存内盘算的理念就犹如生物突触漫衍在大脑中一样。不外这类处置器的目的仍是盘算AI算法,而不是模拟大脑运行。三星和哈佛大学的研究团队希望回到神经形态电子学最初的目的,即通过逆向工程研究大脑。

▲当前的神经形态电子学科研究

二、CNEA实现数千突触毗邻纪录,3D存储芯片成自然神经网络载体

为了实现上述目的,三星和哈佛的研究职员使用CMOS纳米电极阵列(CMOS nanoelectrode array,CNEA)和存储芯片对大脑神经元毗邻举行“复制、粘贴”,构建自然神经网络。

CMOS纳米电极阵列是此前哈佛大学研究团队的功效,该团队在半导体芯片上加工出了4096个纪录和 *** 电极的CMOS纳米电极阵列,芯片上另有4096个电子通道,可以同时纪录数千个神经元的突触毗邻。2020年,这项研究揭晓在了《自然・生物医学工程》上。

▲CMOS纳米电极阵列

由于CMOS纳米电极阵列中,每个垂直纳米电极都配备了电流注入器和电压放大器,可以连续向神经元注入电流,稳固细胞的电心理,这使神经元能够在研究的时刻保持活性。

欧博allbet注册www.aLLbetgame.us)是欧博集团的官方网站。欧博官网开放Allbet注册、Allbe代理、Allbet电脑客户端、Allbet手机版下载等业务。

在实验中,研究团队通过CMOS纳米电极阵列研究小鼠皮层神经元网络,在19分钟内丈量了来自1728个电极的细胞信号。这个数字还能够很容易地举行扩展,由于制造阵列密度更大、性能更强的半导体器件正是半导体行业所一直追求的。

现在,研究团队正在研究小鼠的视网膜和嗅球/梨状皮层中神经元,这些神经元由于功效差异,其组织形态也并不相同,有着各自的研究价值。之后,研究团队也会从这些外围神经元逐渐探索大脑神经元的突触毗邻。

在“粘贴”这一步,三星和哈佛大学的研究团队则设计当纪录下细胞内神经信号后,用专门设计的存储器网络下载信号,构建自然神经网络。

▲通过盘算机辅助剖析“复制”的神经信号,再将信号“粘贴”到存储网络中

研究团队写道,随着3D堆叠、先进封装等手艺生长,存储芯片有着承载影象网络的潜力。其中,闪存、磁性随机存取存储器(MRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)和电阻式随机存取存储器(RRAM)4种存储芯片各具优点,被研究职员以为可用作存储网络载体。

详细来说,研究职员将用盘算机辅助剖析程序来提取功效性突触毗邻图,然后用该图构建、编程一个影象网络。由于一个神经元在大脑中约有1000个突触,因此影象网络应具有1000倍神经元的内存芯片。

对于存储器来说,快速写入并验证影象网络并不难题,当前3D闪存的写入速率通常跨越100MB/s。但对盘算机辅助剖析程序来说,纵然是4096个通道在19分钟里也会发生约80G的数据,随着CMOS纳米电极阵列进一步扩展,其数据量也会有所提升。

研究职员也实验绕过盘算机辅助剖析,将每个硅基芯片和生物神经元逐一对应,直接将毗邻图下载到RRAM或PRAM网络上。但由于离子通道的随机性等缘故原由,RRAM和PRAM存储器很难应用在大型网络中。

▲可承载自然神经网络的3D存储芯片

三、未来或确立类脑存储芯片,甚至可模拟神经元生长转变

只管实现起来另有许多挑战,但这项研究是一项开创性的起劲,旨在对大脑神经元举行重修。住手现在,学界通过显微镜研究获得的大脑信息主要源自解刨图,没有对差异功效突触的毗邻举行量化。

三星和哈佛大学研究团队所举行的这项研究可以重现差异功效突触的毗邻,还可展现离子通道、反馈延迟等其他神经元属性。理想情形下,该研究无需展现神经元的事情原理,就像是对大脑的快照一样获得神经元毗邻和漫衍。

三星称,若是研究乐成,研究职员可以确立一种靠近大脑的存储芯片。该存储芯片具备低功耗、轻松学习、顺应环境,甚至包罗自主性和认知能力等特征。

论文最后,研究团队认可,该研究也存在一些理论上的缺陷。好比大脑神经元会由于学习和生长而发生转变,但该研究接纳牢靠的芯片承载神经元网络,无法跟踪大脑神经元发生的缓慢转变。未来,他们可以确立一个具有可塑性的自然神经网络,模拟大脑神经元转变。

研究职员称,他们不能保证能够解决每一个挑战,但信托可以通过这项研究突破神经形态工程、神经科学和半导体等手艺的界线。

▲论文的配合通讯作者(从左至右划分为:三星高等手艺学院(SAIT)院士兼哈佛大学教授Donhee Ham、哈佛大学教授朴洪坤、三星SDS总裁兼首席执行官Sungwoo Hwang(前SAIT认真人)和三星电子副董事长兼CEO Kinam Kim)

结语:研究或将加速相关神经元研究

随着人工智能手艺的生长,推荐算法、深度学习等应用迅速普及,机械视觉、AI医疗、AI芯片等相关新兴赛道涌入了大量玩家。无论是创企照样科技巨头都在加速结构,占领新的市场。

但同时,脑科学在神经元模拟等方面的希望并没有人工智能那么大。本次三星和哈佛大学的研究既为神经元毗邻研究提供了一种新的可能和偏向,也有着伟大的应用远景。这或允许以吸引更多地高校、企业加入,加速相关领域研究。

皇冠登录网址www.x2w333.com)实时更新发布最新最快的皇冠手机网址、皇冠手机网址线路、皇冠手机网址登录网址、皇冠手机网址管理端、皇冠手机网址手机版登录网址、新2手机皇冠登录网址。

网友评论