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三星提出神經形態晶片新見解 複製貼上大腦

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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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