技术前沿2022/6/14 14:09:07
蜂蜜也能开启神经形态系统时代？模拟人脑的蜂蜜忆阻器问世
来源：化工仪器网编辑：羊舌木2022/4/12 10:12:55146
导读
随着神经网络和人工智能的不断发展，大数据、云计算等新兴技术也随之不断崛起，使之对芯片的算力和能效的要求也变得越来越高，人们迫切需要一个合适的电子平台来弥补技术缺陷。
或许你不会相信，利用蜂蜜能够研制出不仅可以处理数据，还能够储存数据的忆阻器，但这种奇幻的事确有发生！近些日来，美国华盛顿州立大学工程师在《物理学杂志D》上发表论文称，他们将蜂蜜加工成固体后并架在两个金属电极之间，制造出了一款微米尺度的蜂蜜忆阻器。
随着神经网络和人工智能的不断发展，大数据、云计算等新兴技术也随之不断崛起，使之对芯片的算力和能效的要求也变得越来越高，人们迫切需要一个合适的电子平台来弥补技术缺陷。在这样的背景下，忆阻器脱颖而出，这是一种有记忆功能的非线性电阻，是继电阻、电容、电感之后的第四件无源基本电路元件。
忆阻器可以通过控制电流的变化来改变阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。而其中，忆阻器最有趣的特征就是可以记忆流经它的电荷数量，它就是一个有记忆功能的非线性电阻器。同时，忆阻器具有高集成密度、高读写速度、多值计算潜力、低耗能等优势。在非易失性储存、逻辑运算、新型计算/存储融合架构计算和新型神经形态计算等方面，忆阻器呈现出极具潜力的应用前景。
忆阻器还能让电脑理解以往搜集数据的方式，就类似于人类大脑搜集、理解一系列事情的模式一般，忆阻器可以让计算机在找出自己保存的数据时更加智能。就像生物的神经细胞一样，忆阻器能够记住很多信息，若是通过采用一种硅芯片中的电阻器更加联网的方式将忆阻器连接在一起，或许真的有可能可以制造出一套在功能上与生物大脑没有很大区别的系统。
人类的大脑中有1000多亿个神经元，其中还有1000多万亿个突触，每个神经元都可以处理和储存数据，这使得大脑比传统计算机要更有效率，而神经形态计算系统就是在模拟大脑通过尖峰神经网络工作的方式。
近年来，国外也有多家公司已经发布了神经形态芯片，每块芯片相当于1亿多个“神经元”，但与人脑中神经元的数量相比仍是相形见绌。并且许多开发者们仍在使用一些不可再生的有毒材料来对神经形态芯片进行开发。为此，美国华盛顿州立大学工程与计算机科学学院副教授赵峰等人一直在为这种新型计算机寻找可生物降解和可再生的解决方案，最终发现了蜂蜜的潜力。
研究团队通过将蜂蜜加工成固体并夹在两个金属电极之间，其方式类似于大脑突触位于神经元对之间的方式，从而制造出了微米尺度的蜂蜜忆阻器。蜂蜜不易变质，水分浓度非常低，因此细菌无法在其中生存，这意味着这些计算机芯片将在很长一段时间内保持稳定。并且，新开发出来的蜂蜜忆阻器芯片应该能耐受神经形态系统产生的较低热量。不仅如此，这种忆阻器芯片还将减少电子垃圾——若是要对这些由蜂蜜制成的电脑芯片进行处理时，将它们溶解在水中就行。
这种结构简单的非常小的设备，功能却与人类神经元十分相似，这意味着，如果可以将数百万或数十亿个蜂蜜忆阻器集成在一起，那么它们就可以制成一个功能类似于人脑的神经形态系统。目前，研究团队的目标是将蜂蜜忆阻器的尺寸从大约人类头发大小的微米级缩小到大约人类头发的 1/1000 的纳米级，为神经形态系统的诞生铺平道路。
不仅仅是人工智能和数据存储，忆阻器还能够实现保密通信，不仅如此，它还可以让手机在使用数周或更久的时间后无需充电，也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很久仍能保存信息，十分具有市场价值。这是一个信息爆炸的大数据时代，对超高性能计算与非易失性存储的需求呈爆发式增长，忆阻器这种令人兴奋的大发现，对现代电子学具有潜在的巨大影响。同时，忆阻器的潜在价值正在逐步被发现。尽管忆阻器要产业化仍有很长的路需要走，但我们仍然可以相信，随着科技的发展，忆阻器极有可能会成为现有电子器件的补充和部分的优化替代产品。
(资料参考来源：科技日报、知网、知乎)
原标题：蜂蜜也能开启神经形态系统时代？模拟人脑的蜂蜜忆阻器问世
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