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蜂蜜:一种甜美的解决方案,用于类似脑部的计算机芯片
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蜂蜜:一种甜美的解决方案,用于类似脑部的计算机芯片

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蜂蜜可能是为神经形态计算机开发环保组件的甜蜜解决方案,该系统旨在模仿人脑中发现的神经元和突触。


神经形态系统被某些人称为计算的未来,比传统计算机更快,使用的功率要少得多。华盛顿州立大学的工程师表现出一种使它们更有机的方法。在一项发表的研究中物理学杂志D,,,,研究人员表明,蜂蜜可用于制作备忘录,这是类似于晶体管的组件,不仅可以处理,而且还可以将数据存储在内存中。


WSU的工程与计算机科学学院副教授,研究作者冯Zhao说:“这是一个非常小的设备,具有简单的结构,但与人类神经元具有非常相似的功能。”“这意味着,如果我们可以将这些蜂蜜备忘录的数百万或数十亿美元整合在一起,那么它们就可以将它们制成的神经形态系统,就像人脑一样起作用。”


在这项研究中,Zhao和第一作者Brandon Sueoka是Zhao实验室的WSU研究生,通过将蜂蜜加工成固体形式并将其夹在两个金属电极之间,从而创建了备忘录,从而使其结构类似于人类突触。然后,他们测试了蜂蜜回忆录的能力,可以模仿突触的工作,高速度分别为100和500纳秒。该备忘录还模仿了突触功能,称为峰值依赖性可塑性和峰值依赖性可塑性,这些功能负责人大脑中的学习过程并保留神经元中的新信息。


WSU工程师在微型尺度上创建了蜂蜜回忆录,因此它们大约是人类头发的大小。由Zhao领导的研究团队计划在纳米级,大约1/1000人的头发上开发它们,并将数百万甚至数十亿美元捆绑在一起,以建立一个完整的神经形态计算系统。


当前,传统的计算机系统基于所谓的von Neumann架构。以其创建者的名字命名,该体系结构涉及一个输入,通常是来自键盘和鼠标的输入,以及一个输出,例如监视器。它还具有CPU或中央处理单元,RAM或内存存储。赵说,通过所有这些机制将数据从输入到处理到记忆到输出至少与人脑相比具有很大的功率。例如,Fugaku SuperCuputer使用的28兆瓦以上,大约相当于2800万瓦,而大脑仅使用约10到20瓦。


人脑具有超过1000亿个神经元,其中有超过1,000万亿的突触或连接。每个神经元都可以处理和存储数据,这使大脑比传统计算机更有效,而神经形态计算系统的开发人员则旨在模仿该结构。


包括英特尔和IBM在内的几家公司已经发布了神经形态芯片,每个芯片相当于每个芯片超过1亿个“神经元”,但这尚未接近大脑的数量。许多开发人员仍在使用当前在常规计算机芯片中使用的相同的不可再生和有毒材料。


包括Zhao团队在内的许多研究人员都在寻找可生物降解和可再生的解决方案,以在这种有希望的新型计算机中使用。Zhao还领导着使用蛋白质和其他糖(例如芦荟叶子中发现的蛋白质和其他糖)的研究,但他认为蜂蜜具有强大的潜力。


他说:“蜂蜜不会破坏。”“它的水分浓度很低,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非常稳定且可靠。”


在WSU开发的蜂蜜回忆录芯片应忍受神经形态系统产生的较低水平,这些热量不如传统计算机那么热。蜂蜜备忘录也将减少电子废物。


他说:“当我们想使用由蜂蜜制成的计算机芯片处理设备时,我们可以轻松地将其溶解在水中。”“由于这些特殊特性,蜂蜜对于创建可再生和可生物降解的神经形态系统非常有用。”


赵警告说,这也意味着,就像传统的计算机一样,用户仍然必须避免将咖啡溢出。


参考:Sueoka B,Zhao F.基于天然有机材料的回忆突触设备 - 可生物降解神经形态系统中尖峰神经网络的honeyhone。J Phys D:Appl Phys。2022; 55(22):225105。doi:10.1088/1361-6463/ac585b


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