近日，中國(guó)和新加坡科學(xué)家合作，利用二硫化鉬創(chuàng)建出一種新型“神經(jīng)元晶體管”。每個(gè)晶體管能模擬大腦中的單個(gè)神經(jīng)元執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，可成為構(gòu)建各種類(lèi)神經(jīng)硬件的基本組件。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《納米技術(shù)》雜志上。

只有具備能像神經(jīng)元一樣執(zhí)行加權(quán)和閾值運(yùn)算等功能的晶體管，才能被稱為“神經(jīng)元晶體管”。加權(quán)和閾值運(yùn)算是指，單個(gè)神經(jīng)元能接收到其他許多神經(jīng)元發(fā)來(lái)的信號(hào)并將這些信號(hào)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，再將獲得的加權(quán)總值與閾值進(jìn)行比較，決定是否激活某種神經(jīng)反應(yīng)。人腦擁有數(shù)百億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞，這些神經(jīng)元每秒要進(jìn)行很多次加權(quán)運(yùn)算和閾值比較，對(duì)人類(lèi)的意識(shí)和行為進(jìn)行調(diào)控。

新研究中，成都電子科技大學(xué)和新加坡南洋理工大學(xué)的科學(xué)家們，從一類(lèi)被稱為“過(guò)渡金屬硫化物”的新型二維半導(dǎo)體材料中，挑選出二硫化鉬取代傳統(tǒng)晶體管中的硅基，研制出了能模擬單個(gè)神經(jīng)元功能的晶體管。

研究小組對(duì)神經(jīng)元晶體管的類(lèi)神經(jīng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，神經(jīng)元晶體管能在兩個(gè)邏輯門(mén)的同步調(diào)控下，執(zhí)行加權(quán)運(yùn)算功能，并完成了一個(gè)類(lèi)似于用算盤(pán)進(jìn)行的計(jì)算任務(wù)，且在運(yùn)算速度上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

研究還發(fā)現(xiàn)，其他研究人員之前創(chuàng)建的神經(jīng)元晶體管，通常只能以不到0.05赫茲的頻率執(zhí)行運(yùn)算，這個(gè)頻率遠(yuǎn)低于人腦神經(jīng)元激活神經(jīng)反應(yīng)所需的5赫茲這一平均值，而這次獲得的二硫化鉬神經(jīng)元晶體管，能在0.01赫茲到15赫茲的大頻率范圍內(nèi)工作，因此在開(kāi)發(fā)類(lèi)神經(jīng)硬件方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

研究團(tuán)隊(duì)希望，接下來(lái)向神經(jīng)元晶體管加入更多邏輯門(mén)，創(chuàng)建出更實(shí)用的具有生物學(xué)功能的神經(jīng)元模型，進(jìn)而將這些神經(jīng)元晶體管集成到模擬神經(jīng)突觸的憶阻器中，構(gòu)建出模擬大腦功能的人工神經(jīng)系統(tǒng)。