纸屑大小的芯片,也能当成超算用?MIT用「银-硅-铜合金」模拟突触,造出记忆力超强的芯片

2020-07-24 17:28 129 阅读 ID:72
量子位
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伊瓢 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

MIT又在AI芯片领域做出了新的突破。

他们用银硅铜合金造出了忆阻器,来模拟人脑中的突触。

用这种技术造出来的芯片,每个芯片只有纸屑那么大,而每平方毫米却有数万个忆阻器,能够“记忆”图像的高清细节。

真是边缘计算的福音。研发团队还说,这项技术最终能让手机等便携设备拥有超算一样的性能,甚至不怎么费电、不需要联网。

真可谓超算一指尖,满满想象力。

这项研究发在了《自然-纳米技术》上。



忆阻器:扮演突触的晶体管

这项新技术的关键,在于忆阻器。

忆阻器是一种特别的晶体管,研究人员用它来模拟人神经系统中的突触,也就是两个神经元之间连接的部分,负责把一个神经元的信号传导到下一个神经元中去。

传统的晶体管只能在0和1之间变换,但忆阻器可并不只有这两种状态,它提供的值是梯度变化的,因此,收到的信号越强,忆阻器的值也就越大。

这种设定看起来十分美好,单个晶体管的值不再是仅有二元的状态,能够梯度变化,也就是一个顶过去N个,效率大大提升。

然而,已有的忆阻器并不是一种特别成熟的技术。

忆阻器本身有正极和负极,中间有介质。如果一极接电,那么就会有离子穿越介质,跑到另一极去。

已有的忆阻器里,如果电压比较大,导电通道也比较大,那么上述离子穿越的过程效果是比较好的。

但是如果电流不够大,导电通道也不够大,那效果就不够好了。

因此,为了让忆阻器这种厉害的晶体管发挥作用,MIT的研究者们设计了另一种制造忆阻器的方法。

银+硅+铜,忆阻器+1

那,要怎么才能造出更好的忆阻器呢?

研究者们想到了用合金的方式。

他们用硅来做忆阻器的负极,用银来做忆阻器的正极,然后加入少量的铜。

铜既可以与银结合,也可以与硅结合,就像一座桥梁,连接了银和硅两端。

单个的忆阻器就造好了,然后他们在一平方毫米的硅片上放了上万个忆阻器,组成了一个芯片。



图像处理能力

芯片造好之后,他们就用美国队长的图片来做测试。



图片中的一个像素相当于芯片里的一个忆阻器,根据每个像素的颜色调整每个忆阻器的电导。

第三行是这次新忆阻器芯片的结果,芯片可以“记住”图像,使其重复出现。

此外,还可以运行特定的程序,针对图片做锐化、模糊等各种各种处理方式。



MIT出品

这项研究,来自MIT的Jeehwan Kim教授的实验室。



Kim教授2015年进入MIT机械工程系担任助理教授,此前在IBM做了不少关于太阳能薄膜电池、石墨烯等相关的研究,曾被IBM授予“Master Inventor”头衔,甚至因为石墨烯的研究曾经获得过美国能源部150万美元的奖金。

论文的三位共同一作均是这个实验室的博士后/博士生:



Hanwool Yeon,是这个实验室的博士后,首尔大学材料科学博士,主要研究半导体和柔性电子器件及可穿戴设备。



Peng Lin,也是这个实验室的博士后,马萨诸塞大学电气与计算机工程博士,他在这篇论文的主角忆阻器方面研究了多年。



Chanyeol Choi,MIT EECS的博士生,也曾经在高通担任硬件工程师。

论文传送门

Alloying conducting channels for reliable neuromorphic computing

链接:https://www.nature.com/articles/s41565-020-0694-5

参考链接:

https://techcrunch.com/2020/06/08/mits-tiny-artificial-brain-chip-could-bring-supercomputer-smarts-to-mobile-devices/

http://news.mit.edu/2020/thousands-artificial-brain-synapses-single-chip-0608

—完—
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