美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)的研究人員利用氧化物憶阻器(記憶電阻、Memristor)，構(gòu)成了簡單卻具有學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(Neural Network)。UCSB宣布，研究人員訓(xùn)練神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)由3×3像素構(gòu)成的黑白圖像圖案，最終可以成功地識別字母表中的“z”、“v”、“n”三個(gè)字母。相關(guān)論文已發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上。據(jù)UCSB介紹，這是首次利用僅由無晶體管的憶阻器構(gòu)成的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，成功完成的圖像識別。

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UCSB試制的是由人工突觸構(gòu)成的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。人工突觸由以Al2O3/TiO2-x層為基礎(chǔ)的氧化物憶阻器構(gòu)成。此次試制的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)12×12的交叉電路(Crossbar Circuit)，是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中最簡單的構(gòu)成，被稱為“簡單感知器”(Simple Perceptron)。盡管如此，該神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)仍具備采用誤差反向傳播算法(Back Propagation)的學(xué)習(xí)功能以及3×3像素的圖像分類功能，研究人員已經(jīng)證實(shí)了這點(diǎn)。

將模擬神經(jīng)元和突觸的電路集成在一起的嘗試并不少。比如，曾有企業(yè)在一枚芯片上安裝100萬個(gè)神經(jīng)元和幾億個(gè)突觸，實(shí)現(xiàn)了多層的深度學(xué)習(xí)。

此次的特點(diǎn)是(1)采用氧化物憶阻器、(2)利用憶阻器的I-V特性為非線性這點(diǎn)，在未采用晶體管的情況下實(shí)現(xiàn)了模擬工作。據(jù)UCSB介紹，具備這些特點(diǎn)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電路，其集成性非常高。具體情況是，可在面積為1cm2的芯片上安裝2500萬個(gè)人工神經(jīng)元和2500億條人工突觸。而且，估計(jì)單枚芯片的功耗僅為1W左右。

通過20cm見方的芯片再現(xiàn)人腦規(guī)模的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

人的大腦估計(jì)由約100億個(gè)神經(jīng)元以及約100萬億條突觸構(gòu)成。采用此次的技術(shù)后，可通過約20cm見方的“芯片”，實(shí)現(xiàn)與人腦相同規(guī)模的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)的功耗為400W，雖然大于人腦，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通過現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)再現(xiàn)人腦信息處理能力時(shí)的功耗。