用憶阻器來模擬人腦學(xué)習(xí)過程

我們一般把人腦的位細(xì)胞叫做突觸(synapses)，美國密西根大學(xué)研究人員指出，憶阻器(memristor)的功能特性是所有的電子組件中與突觸最相近的；他們最近展示單一憶阻器如何以與人腦相同的方式來學(xué)習(xí)同樣的技術(shù)。

人類的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)模式，能達(dá)到像是特殊算法那樣、對工程師來說都很難的程度，主要是依賴一種稱為突觸的模擬內(nèi)存元素；該元素目前正被科學(xué)家用做今日超級計(jì)算機(jī)中的一種數(shù)值來進(jìn)行模擬。

學(xué)習(xí)行為的發(fā)生，是由于來自人體各感官的功能探測器──像是眼睛內(nèi)的邊緣傳感器，就會產(chǎn)生一種同步電壓突波。當(dāng)同步突波發(fā)生時，負(fù)責(zé)接收的大腦突觸會透過提高其數(shù)值(也就是一種超級計(jì)算機(jī)仿真中使用的數(shù)字)來響應(yīng)，而憶阻器則是以改變其電阻值的方式來響應(yīng)。

研究人員示范以憶阻器來仿真人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能

該研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人、密西根大學(xué)教授Wei Lu表示，憶阻器是以幾乎與大腦突觸相同的「STDP (spike timing dependent plasticity)」模式，來響應(yīng)同步電壓脈沖，因此使其能夠成為超級計(jì)算機(jī)仿真的替代方案。由惠普實(shí)驗(yàn)室研究人員所發(fā)表的大規(guī)模憶阻器縱橫閂網(wǎng)絡(luò)，可望建立一個比超級計(jì)算機(jī)更精確、快速的人腦功能仿真。


去年，美國國防部高等研究計(jì)劃局(Darpa)指派三個分別由HP、IBM與HRL Labs所率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在其SyNAPSE計(jì)劃下，去研究出一種開發(fā)人腦學(xué)習(xí)要素的最佳方法；而研究成果將在明年發(fā)表原型。


HP已經(jīng)在上述計(jì)劃下，研究采用憶阻器來做為突觸，其成果將在今年稍晚發(fā)表。IBM去年也宣布，已成功利用精確的超級計(jì)算機(jī)仿真貓腦；該獲獎的超級計(jì)算機(jī)算法名為“Blue Matter”最終將轉(zhuǎn)到硬件端，利用諸如密西根大學(xué)所研發(fā)的電子突觸來運(yùn)行。


“貓腦的模擬是一個較現(xiàn)實(shí)可行的目標(biāo)，因?yàn)槠涔δ鼙热四X要簡單許多；但要仿制其復(fù)雜性與效益，仍然是非常困難的工作。”Lu表示；其研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是制作出某一天能在性能上媲美超級計(jì)算機(jī)的憶阻器設(shè)備，但機(jī)器的外型尺寸僅有兩公升的汽水寶特瓶那么大。