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蜂蜜也能開啟神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)時(shí)代？模擬人腦的蜂蜜憶阻器問(wèn)世
2022年04月11日 13:36:27
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5438
近些日來(lái)，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)工程師在《物理學(xué)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(gè)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(huì)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(chǔ)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(lái)，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)工程師在《物理學(xué)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(gè)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(jì)算等新興技術(shù)也隨之不斷崛起，使之對(duì)芯片的算力和能效的要求也變得越來(lái)越高，人們迫切需要一個(gè)合適的電子平臺(tái)來(lái)彌補(bǔ)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(wú)源基本電路元件。
憶阻器可以通過(guò)控制電流的變化來(lái)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(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)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(gè)有記憶功能的非線性電阻器。同時(shí)，憶阻器具有高集成密度、高讀寫速度、多值計(jì)算潛力、低耗能等優(yōu)勢(shì)。在非易失性儲(chǔ)存、邏輯運(yùn)算、新型計(jì)算/存儲(chǔ)融合架構(gòu)計(jì)算和新型神經(jīng)形態(tài)計(jì)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(jì)算機(jī)在找出自己保存的數(shù)據(jù)時(shí)更加智能。就像生物的神經(jīng)細(xì)胞一樣，憶阻器能夠記住很多信息，若是通過(guò)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(gè)神經(jīng)元，其中還有1000多萬(wàn)億個(gè)突觸，每個(gè)神經(jīng)元都可以處理和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，這使得大腦比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)要更有效率，而神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)就是在模擬大腦通過(guò)尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作的方式。
近年來(lái)，國(guó)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(dāng)于1億多個(gè)“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?lái)對(duì)神經(jīng)形態(tài)芯片進(jìn)行開發(fā)。為此，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院副教授趙峰等人一直在為這種新型計(jì)算機(jī)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(tuán)隊(duì)通過(guò)將蜂蜜加工成固體并夾在兩個(gè)金屬電極之間，其方式類似于大腦突觸位于神經(jīng)元對(duì)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(xì)菌無(wú)法在其中生存，這意味著這些計(jì)算機(jī)芯片將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。并且，新開發(fā)出來(lái)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(duì)這些由蜂蜜制成的電腦芯片進(jìn)行處理時(shí)，將它們?nèi)芙庠谒芯托小?br />
這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wàn)或數(shù)十億個(gè)蜂蜜憶阻器集成在一起，那么它們就可以制成一個(gè)功能類似于人腦的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)。目前，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是將蜂蜜憶阻器的尺寸從大約人類頭發(fā)大小的微米級(jí)縮小到大約人類頭發(fā)的 1/1000 的納米級(jí)，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(chǔ)，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(jī)在使用數(shù)周或更久的時(shí)間后無(wú)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(chǎng)價(jià)值。這是一個(gè)信息爆炸的大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)超高性能計(jì)算與非易失性存儲(chǔ)的需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，憶阻器這種令人興奮的大發(fā)現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)代電子學(xué)具有潛在的巨大影響。同時(shí)，憶阻器的潛在價(jià)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(zhǎng)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(huì)成為現(xiàn)有電子器件的補(bǔ)充和部分的優(yōu)化替代產(chǎn)品。
(資料參考來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、知網(wǎng)、知乎)
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