美国当地时间8月3日，IBM官方宣布了他们的最新成果——首个人造神经元，可用于制造高密度、低功耗的认知学习芯片。

【39蜂疗网讯】

       IBM苏黎世研究中心制成了世界上第一个人造纳米尺度随机相变神经元。IBM已经构建了由500个该神经元组成的阵列，并让该阵列以模拟人类大脑的工作方式进行信号处理。
 
       该技术突破具有重要意义，因为相变神经元具有传统材料制成的神经元无法匹敌的特性——其尺寸能小到纳米量级。此外，它的信号传输速度很快，功耗很低。更重要的是，相变神经元是随机的，这意味着在相同的输入信号下，多个相变神经元的输出会有轻微的不同，而这正是生物神经元的特性。

      IBM相变神经元由输入端（类似生物神经元的树突）、神经薄膜（类似生物神经元的双分子层）、信号发生器（类似生物神经元的神经细胞主体）和输出端（类似生物神经元的轴突）组成。信号发生器和输入端之间还有反馈回路以增强某些类型的输入信号。

      神经薄膜是整个神经元的关键。在生物神经细胞中，起神经薄膜作用的是一层液态薄膜，它的物理机理类似于电阻和电容：它阻止电流直接通过，但同时又在吸收能量。当能量吸收到一定程度，它就向外发射自己产生的信号。这信号沿着轴突传导，被其他神经元接收。然后再重复这一过程。
 
      在IBM制造的神经元中，液态薄膜被一小片神经薄膜取代。神经薄膜是由锗锑碲复合材料（也称GST材料）制成的，该材料也是可重写蓝光光盘的主要功能材料。锗锑碲复合材料是一种相变材料，即它可以以两种状态存在：晶体态和无定形态。通过激光或电流提供能量，两种状态之间可以互相转变。在不同状态下，相变材料的物理特性截然不同：锗锑碲复合材料在无定形态下不导电，而在晶体态下导电。
 
      在人工神经元中，锗锑碲薄膜起初是无定形态的。随着信号的到达，薄膜逐渐变成结晶态，即逐渐变得导电。最终，电流通过薄膜，制造一个信号，并通过该神经元的输出端发射出去。在一定的时间后，锗锑碲薄膜恢复为无定形态。这个过程周而复始。

      由于生物体内各种噪声的存在，生物神经元是随机的（Stochastic）。IBM研究人员表示，人工神经元同样表现出了随机特性，因为神经元的薄膜在每次复位后，其状态有轻微的不同，因此随后的晶态化过程略有不同。因此，科学家无法确切地知道每次人工神经元会发射什么信号。
 
那么人工神经元到底有何意义？
 
      首先，人工神经元采用了成熟的材料，历经几十亿次工作而不损坏（寿命长），体积极小（有报道说是90纳米，但从下图中看应该在300纳米左右，而论文中表示未来有望达到14纳米）。因此，这是一种性能非常棒的器件。

      其次，人工神经元跟生物神经元的工作方式非常类似。当大批人工神经元组成并行计算机后，它也许可以和人类一样进行决策和处理感官信息。IBM表示，他们的人工神经元技术和目前发展中的另外一种人工神经元器件——忆阻器互为补充。

      目前，IBM制造了10乘10的神经元阵列，将5个小阵列组合成一个500神经元的大阵列，该阵列可以用类似人类大脑的工作方式进行信号处理。事实上，人工神经元已经表现出和人类神经元一样的“集体编码”特性。此外，它的信号处理能力已经超过了奈奎斯特-香农采样定理规定的极限。
 

------感谢您关注39蜂疗网

下一篇推荐阅读：习近平强调优先发展人民健康