SUTD研究人員為下一代人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種超低功耗人工突觸

類(lèi)腦計(jì)算是下一代計(jì)算技術(shù)的一個(gè)有前途的候選者。開(kāi)發(fā)與人腦一樣節(jié)能、輕便且適應(yīng)性強(qiáng)的下一代高級(jí)人工智能 (AI) 系統(tǒng)引起了人們極大的興趣。

“然而，在使用超低能量的傳統(tǒng)人工突觸中模仿大腦的神經(jīng)可塑性，即改變神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接的能力，極具挑戰(zhàn)性。”新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué) (SUTD) 助理教授 Desmond Loke 說(shuō)。

人工突觸 - 包括兩個(gè)神經(jīng)元之間的間隙，允許電信號(hào)相互傳遞和交流 - 可以模擬大腦的有效神經(jīng)信號(hào)傳輸和記憶形成過(guò)程。

為了提高人工突觸的能源效率，Loke 的研究團(tuán)隊(duì)首次為人工突觸引入了納米級(jí)純金屬電極制造工藝。通過(guò)使用僅基于納米柱的鍺-銻-碲化物憶阻器件，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種相變?nèi)斯ね挥|器件，該器件實(shí)現(xiàn)了每對(duì)基于脈沖的突觸事件 1.8 pJ 的歷史最低能耗。與傳統(tǒng)的人工突觸相比，這大約小了 82%。

“實(shí)驗(yàn)表明，基于相變材料的人工突觸可以以超低能量執(zhí)行對(duì)脈沖促進(jìn)/抑制、長(zhǎng)期增強(qiáng)/抑制和尖峰時(shí)間依賴(lài)性可塑性。我們相信我們的發(fā)現(xiàn)可以為開(kāi)發(fā)更快、更大規(guī)模的人工突觸陣列提供一種有前途的方法，并顯著提高 AI 任務(wù)的性能。”洛克說(shuō)。

通過(guò)沉積和蝕刻工藝形成的傳統(tǒng)加熱器電極會(huì)在界面處造成/造成很大程度的損壞?；蛘?，在本研究中由僅沉積工藝產(chǎn)生的加熱電極可能會(huì)在界面處產(chǎn)生較小程度的損壞。這可能導(dǎo)致更堅(jiān)固、無(wú)缺陷的界面，接觸電阻及其變化顯著降低，從而導(dǎo)致工作電流降低。

這項(xiàng)研究發(fā)表在 APL Materials 上。來(lái)自SUTD的團(tuán)隊(duì)成員還包括Shao-Xiang Go和Natasa Bajalovic。其他合作研究人員來(lái)自劍橋大學(xué)。

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