三星提出神經形態晶片新見解 複製貼上大腦
科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa 發表於 2021年10月5日
圖、三星提出神經形態晶片新見解 複製貼上大腦
三星電子（Samsung Electronics）2021年9月23日於《Nature Electronics》科學期刊發表，「基於複製和貼上大腦的神經形態電子學」（Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain）的論文，分享了新的見解，離實現更好模仿大腦的神經形態晶片（neuromorphic chip）又更近一步。
該研究主要作者，由三星高級技術研究院（Samsung Advanced Institute of Technology）研究員、哈佛大學教授Donhee Ham，哈佛大學教授Hongkun Park，三星SDS總裁兼執行長、三星研究院前負責人Sungwoo Hwang，以及三星電子副董事長兼執行長Kinam Kim。
論文中闡述的見解，可以用兩個詞來概括：「複製」和「貼上」。論文提出了一種方法，利用Donhee Ham和Hongkun Park教授開發的奈米電極陣列（nanoelectrode array）「複製」大腦的神經元連接圖，然後將圖片「貼上」到高密度的3D固態記憶體網絡上。
透過這種複製和貼上的方法，作者設想創造出一種記憶體晶片，接近大腦獨特的計算特徵：低功耗、便捷的學習能力、對環境的適應，甚至是自主和認知，都是目前的技術無法達到的。
大腦由大量的神經元組成，神經元的連接負責大腦的功能。因此，對連接圖的瞭解是對大腦進行逆向工程（reverse engineering）的關鍵。
神經形態工程於1980年代首次被提出時，目標是在矽晶片上模仿神經元網路的結構和功能，然而即使到現在，人們對大量的神經元是如何連接、創造大腦的高級功能依然所知甚少。因此，神經形態工程的目標已經放寬到設計一個受大腦「啟發」的晶片，而不是嚴格意義上的「模仿」。
論文中提出了一種回歸神經形態目標的大腦逆向工程的方法。奈米電極陣列可以有效進入大量的神經元，敏銳的記錄電信號。這些大規模並行的細胞內記錄為神經元連結圖提供資訊，可以繪製出神經元相互連接的位置以及連接的強度。從這些記錄中，可以提取或「複製」神經元連結圖。
神經元圖譜從複製到可以被「貼上」到非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory）的網路中，例如日常生活中使用的固態硬碟（SSD）中的商用快閃記憶體，或可變電阻式記憶體（RRAM）等新型記憶體，透過對記憶體進行編碼，使其電導代表複製的圖譜中每個神經元連接的強度。
論文更進一步，提出了一種將神經元接線圖迅速粘貼到記憶體網路上的策略。當由細胞內記錄的信號直接驅動時，一個特別設計的非揮發性記憶體網路可以學習和表達神經元連接圖。這是一個直接將大腦的神經元連接圖下載到記憶體晶片上的方案。
由於人腦估計有1000億左右的神經元，以及1000倍左右的突觸連接，最終的神經形態晶片將需要100兆左右的記憶。將如此龐大數量的記憶集成在單一晶片上，將通過記憶體的3D整合來實現，這是三星領先的技術為記憶產業開闢了新世代。
三星計畫利用在晶片製造方面的經驗，繼續研究神經形態工程，擴大在下世代人工智慧半導體領域的領先地位。未來目標，將推動機器智慧、神經科學和半導體技術的發展。(1030字；圖1)
發表於：Neuromorphic electronics based on copying and pasting the brain
參考資料：
Samsung Electronics Puts Forward a Vision To ‘Copy and Paste’ the Brain on Neuromorphic Chips. Samsung, 2021/9/26.
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