納米級(jí)磁性器件模擬神經(jīng)元的行為并能識(shí)別人類的音頻信號(hào)

 腦神經(jīng)元表現(xiàn)為非線性振蕩器，產(chǎn)生節(jié)律性活動(dòng)和交互處理信息。從這個(gè)靈感來實(shí)現(xiàn)高密度、低能耗的仿神經(jīng)計(jì)算機(jī)需要非常大量的納米級(jí)線性振蕩器。

來自法國(guó)、美國(guó)和日本的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開發(fā)了一款納米級(jí)的磁性設(shè)備，模擬神經(jīng)元的行為，可以用來識(shí)別人類的音頻信號(hào)。研究發(fā)表在雜志《Nature》上，團(tuán)隊(duì)描述了設(shè)備如何構(gòu)建、如何工作及結(jié)果如何精確。

仿神經(jīng)計(jì)算機(jī)是指通過模擬人腦工作方式進(jìn)行工作的計(jì)算機(jī)設(shè)備。在這樣的系統(tǒng)中，意味著研究人員所創(chuàng)造的設(shè)備要模擬神經(jīng)元、突觸等的工作方式。在這項(xiàng)新的嘗試中，研究人員建立了納米級(jí)的仿神經(jīng)計(jì)算機(jī)，具有400個(gè)神經(jīng)元，成陣列形式排列在計(jì)算機(jī)芯片上，并用來識(shí)別人類的音頻信號(hào)。值得注意的是，這樣的設(shè)備通常是模擬的而不是數(shù)字的，如果它們可以被開發(fā)的話，有望具備一些傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)沒有的優(yōu)點(diǎn)，例如減少能耗、可以訓(xùn)練以及高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度。

自旋扭矩納米振蕩器示意圖，其中金色為雙磁層間的非磁性間隔，藍(lán)色為磁性曾，銀色的為磁化納米層

仿神經(jīng)元由小的三層柱狀代表。三層的結(jié)構(gòu)為兩層磁性曾間有非磁性的間隔。連續(xù)電流在神經(jīng)元頂部引發(fā)直接磁化，二級(jí)電流導(dǎo)致磁化以穩(wěn)定的方式形成振蕩。將陣列作為計(jì)算機(jī)設(shè)備，研究人員用麥克風(fēng)大聲朗讀一個(gè)數(shù)字，例如“1”，它將聲音傳遞到數(shù)字處理器然后將之轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。電信號(hào)之后傳遞到神經(jīng)模擬芯片，研究人員稱之為蓄水池。另一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)讀取神經(jīng)元的振蕩并對(duì)其進(jìn)行分析，然后，將結(jié)果轉(zhuǎn)化為人類可以識(shí)別的形式，例如在顯示器上顯示出數(shù)字“1”。用多樣化的聲音對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其精確性可以達(dá)到99.6%。

設(shè)備顯然還處于初級(jí)階段，只是單純的用于研究而構(gòu)建，但是它顯示了仿神經(jīng)計(jì)算機(jī)在未來具有著巨大的應(yīng)用前景，相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)而言，仿神經(jīng)計(jì)算機(jī)將會(huì)向我們提供更多的處理信息的新途徑。