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韓國KAIST開發模仿大腦的神經形態晶片

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科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa 發表於 2021年8月11日

圖、韓國KAIST開發模仿大腦的神經形態晶片
 
韓國科學技術院(KAIST)的研究人員透過整合電晶體神經元和突觸(transistor neurons and synapses),打造了模擬大腦功能的高度可擴展神經形態硬體(neuromorphic hardware)。利用標準的矽互補式金屬氧化物半導體(CMOS)技術,有機會降低晶片成本並簡化製造程序。
 
該研究小組由 Yang-Kyu Choi 教授和 Sung-Yool Choi 教授帶領,為高度可擴展的神經形態硬體製造基於單個電晶體的神經元和突觸,並且展示了識別文字和人臉圖像的能力。這項研究在 2021 年 8 月 4 日發表於《Science Advances》期刊。
 
這與傳統的馮紐曼(Von Neuman)架構不同,神經形態硬體模仿大腦功能,只需要消耗 20 瓦的能量,就可以完成非常複雜的任務。
 
就像生物大腦,神經形態硬體運作,需要一個在整合某種信號時產生棘波(spike)的神經元,以及一個紀錄神經元之間連結的突觸。然而在數位或類比電路上構建的神經元和突觸佔據大量空間,在硬體效率和成本方面受到限制,人類的大腦是由約 1011 個神經元和 1014 個突觸組成,必須突破這些限制,以便開發行動和物聯網裝置的應用。
 
也就是,大腦突觸的特徵在單一架構中包含記憶體和運算,能夠構成大腦啟發的非馮諾依曼(non-von Neumann)電腦架構基礎。神經形態運算的最新趨勢之一就是將神經元的值編碼為脈衝(pulse)或棘波(spike)。
 
為了解決這個問題,研究團隊使用單個電晶體模擬了生物神經元和突觸的行為,並將它們共同整合到一個8吋晶圓上。製造出來的神經形態電晶體與目前大規模生產的記憶和邏輯用電晶體,具有相同的結構。此外,神經形態晶體管首次證明了它們可以實現 "Janus顆粒 ",這種結構既是神經元又是突觸,就像硬幣有兩個不同的面。
 
Yang-Kyu Choi 教授表示,透過用單個電晶體取代基於復雜數位和類比電路的神經元和突觸,可以大幅降低硬體成本。研究論文第一作者 Joon-Kyu Han 表示,透過使用標準 CMOS 製程,將電晶體神經元和突觸整合在同一晶圓上,神經形態硬體的成本得到了改善,將加速商業化。這項研究得到了韓國國家研究基金(NRF)和 IC 設計教育中心(IDEC)的支持。(806字;圖1)
 
 
發表於:Joon-Kyu Han, Sung-Yool Choi, Yang-Kyu Choi, et al.“Cointegration of single-transistor neurons and synapses by nanoscale CMOS fabrication for highly scalable neuromorphic hardware,” Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.abg8836)
 
 
參考資料:
Brain-Inspired Highly Scalable Neuromorphic Hardware Presented​. KAIST, 2021/8/5.
KAIST develops a neuromorphic chip mimicking the human brain. Korea Tech Today, 2021/8/9.


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