| 2022年6月21日 |
計算機硬件模擬大腦功能（（Nanowerk新聞）新的微電子設備可以通過電脈衝編程和對計算機硬件進行編程。 |
| 如果計算機可以在提供新信息時學會重新配置其電路怎麼辦？ |
| 包括美國能源部（DOE）Argonne National實驗室在內的一個多機構團隊開發了一種材料，可以使用計算機芯片來實現這一目標。它是通過模仿所謂的“神經形態”電路和計算機架構的人腦中的功能（科學，，，，“可重新配置的鈣鈦礦鎳電子產品”）。該團隊由普渡大學教授Shriram Ramanathan領導。 |
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| 鎳中的氫離子可以在不同電壓下以四個功能之一（由鉑和頂部的金電極應用）。這些功能是人造突觸，人造神經元，電容器和電阻器。電容器存儲並釋放當前；電阻阻止它。（圖片：Argonne國家實驗室） |
| “人類的大腦實際上可能會因學習新事物而改變，”與伊利諾伊大學芝加哥大學聯合任命的論文合著者Subramanian Sankaranarayanan說。“現在，我們已經為機器創建了一種以腦狀的方式重新配置電路的設備。” |
| 有了這個能力，人工智能基於基礎的計算機可以更快，更準確地執行複雜的任務，而消耗的能量卻少得多。一個例子是解釋複雜的醫學圖像。一個更具未來派的例子是空間中的自動駕駛汽車和機器人，可以根據經驗對電路進行編程。 |
| 新設備中的關鍵材料由北極亞，鎳和氧氣組成，被稱為鈣鈦礦鎳（NDNIO）3）。該團隊向該材料注入氫和連接的電極，使電脈衝可以在不同的電壓下施加。 |
| Sankaranarayanan說：“鎳中有多少氫以及它的位置改變了電子特性。”“我們可以用不同的電脈衝改變其位置和濃度。” |
| “這種材料具有多層的個性，”紙質合著者和阿貢物理學家Hua Zhou補充說。“它具有每日電子設備的兩個常規功能 - 電流的打開和阻塞以及電力的存儲和釋放。真正的新事物和引人注目的是增加了兩個功能，類似於大腦突觸和神經元的單獨行為。”神經元是通過突觸與其他神經細胞連接的單個神經細胞。神經元引發外部世界的感知。 |
| 為了貢獻，Argonne團隊對不同電壓下的鎳裝置中發生的情況進行了計算和實驗表征。為此，他們依靠Argonne科學用戶設施辦公室：高級光子來源，Argonne領導力計算設施和納米級材料中心。 |
| 實驗結果表明，簡單地改變電壓控製鎳內氫離子的運動。一定的電壓將氫濃縮在鎳酸鹽中心，產生神經元樣的行為。從中心氫氫的不同電壓穿梭，產生了突觸樣行為。在仍然不同的電壓下，氫的產生位置和濃度引起了計算機芯片的關閉電流。 |
| Argonne科學家Sukriti Manna說：“我們在原子量表上揭示這種機製的計算非常密集。”該團隊不僅依靠Argonne領導力計算設施的計算馬力，而且還依靠國家能源研究科學計算中心，這是勞倫斯·伯克利國家實驗室的科學用戶設施辦公室。 |
| 該機理的確認部分來自晚期光子源的光束線33-ID-D的實驗。 |
| 周說：“多年來，我們與普渡大學建立了非常富有成效的夥伴關係。”“在這裏，團隊確切地確定了原子如何在不同電壓下排列鎳。尤其重要的是在原子量表上跟蹤材料對氫氣運動的反應。” |
| 借助團隊的鎳設備，科學家將努力建立一個可以從經驗中學習和修改的人工神經元和突觸網絡。該網絡將在提供新信息時增長或收縮，因此能夠以極端的能源效率運行。能源效率轉化為較低的運營成本。 |
| 由團隊的設備作為構建塊的腦啟發的微電子學可能會有光明的未來。尤其如此，因為該設備可以通過與半導體行業實踐兼容的技術在室溫下製造。 |
