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人工智能底层硬件里程碑:首个人造神经元面世

2016年08月05日 11:00 次阅读

  对于不少该领域的科学家而言,人工智能的终极目标之一就是用机器实现人脑的全部功能,而作为人脑的最小细胞单位——神经元,可能会是一个最好的入手点。

  美国当地时间8月3日,IBM官方宣布了他们的最新成果——首个人造神经元,可用于制造高密度、低功耗的认知学习芯片。

  IBM苏黎世研究中心制成了世界上第一个人造纳米尺度随机相变神经元。IBM已经构建了由500个该神经元组成的阵列,并让该阵列以模拟人类大脑的工作方式进行信号处理。

  该技术突破具有重要意义,因为相变神经元具有传统材料制成的神经元无法匹敌的特性——其尺寸能小到纳米量级。此外,它的信号传输速度很快,功耗很低。更重要的是,相变神经元是随机的,这意味着在相同的输入信号下,多个相变神经元的输出会有轻微的不同,而这正是生物神经元的特性。

  人工智能底层硬件的里程碑!IBM发明世界首个人造神经元

  人造神经元论文的第一作者:托马斯·图玛(Tomas Tuma)

  IBM相变神经元由输入端(类似生物神经元的树突)、神经薄膜(类似生物神经元的双分子层)、信号发生器(类似生物神经元的神经细胞主体)和输出端(类似生物神经元的轴突)组成。信号发生器和输入端之间还有反馈回路以增强某些类型的输入信号。

  人工智能底层硬件的里程碑!IBM发明世界首个人造神经元

  人造神经元研发团队,图片来源:IBM

  神经薄膜是整个神经元的关键。在生物神经细胞中,起神经薄膜作用的是一层液态薄膜,它的物理机理类似于电阻和电容:它阻止电流直接通过,但同时又在吸收能量。当能量吸收到一定程度,它就向外发射自己产生的信号。这信号沿着轴突传导,被其他神经元接收。然后再重复这一过程。

  在IBM制造的神经元中,液态薄膜被一小片神经薄膜取代。神经薄膜是由锗锑碲复合材料(也称GST材料)制成的,该材料也是可重写蓝光光盘的主要功能材料。锗锑碲复合材料是一种相变材料,即它可以以两种状态存在:晶体态和无定形态。通过激光或电流提供能量,两种状态之间可以互相转变。在不同状态下,相变材料的物理特性截然不同:锗锑碲复合材料在无定形态下不导电,而在晶体态下导电。

  在人工神经元中,锗锑碲薄膜起初是无定形态的。随着信号的到达,薄膜逐渐变成结晶态,即逐渐变得导电。最终,电流通过薄膜,制造一个信号,并通过该神经元的输出端发射出去。在一定的时间后,锗锑碲薄膜恢复为无定形态。这个过程周而复始。

  人工智能底层硬件的里程碑!IBM发明世界首个人造神经元

  生物神经元与人造神经元对比图,图片来源:IBM

  由于生物体内各种噪声的存在,生物神经元是随机的(StochasTIc)。IBM研究人员表示,人工神经元同样表现出了随机特性,因为神经元的薄膜在每次复位后,其状态有轻微的不同,因此随后的晶态化过程略有不同。因此,科学家无法确切地知道每次人工神经元会发射什么信号。

  那么人工神经元到底有何意义?

  首先,人工神经元采用了成熟的材料,历经几十亿次工作而不损坏(寿命长),体积极小(有报道说是90纳米,但从下图中看应该在300纳米左右,而论文中表示未来有望达到14纳米)。因此,这是一种性能非常棒的器件。

  

  人工神经元网络。图中的银色方块是放大后的相变神经元,该神经元网络还没有配备工业标准的输入输出接口。图片来源:IBM

  其次,人工神经元跟生物神经元的工作方式非常类似。当大批人工神经元组成并行计算机后,它也许可以和人类一样进行决策和处理感官信息。IBM表示,他们的人工神经元技术和目前发展中的另外一种人工神经元器件——忆阻器互为补充。

  目前,IBM制造了10乘10的神经元阵列,将5个小阵列组合成一个500神经元的大阵列,该阵列可以用类似人类大脑的工作方式进行信号处理。事实上,人工神经元已经表现出和人类神经元一样的“集体编码”特性。此外,它的信号处理能力已经超过了奈奎斯特-香农采样定理规定的极限。

  编者注:集体编码:每个神经元有2种状态,可以表示1比特信息,那么N个神经元就可以表示2N比特信息。神经元数量足够多时,能表示的信息量将极其惊人。

  IBM研究人员计划构建包含几千个相变神经元的单一芯片,并编写能充分利用相变神经元芯片随机特性的软件。

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京东“快闪”店打响线下无人零售布局第一枪

在日益丰富的消费诉求和不断更迭的技术手段的影响下,线上与线下消费场景的融合已成趋势,各大电商平台在发...

发表于 2018-04-11 16:12 520次阅读
京东“快闪”店打响线下无人零售布局第一枪

基于云计算的人工智能即服务产品

认知计算API:应用程序编程接口(API)使开发人员可以轻松地将技术或服务集成到正在构建的应用程序或...

发表于 2018-04-11 15:34 184次阅读
基于云计算的人工智能即服务产品

“工业4.0”平台人工智能平台,“工业4.0”战...

2013年德国政府提出的“工业4.0”战略就涵盖了人工智能。“工业4.0”战略着重在制造业等领域利用...

发表于 2018-04-11 15:04 163次阅读
“工业4.0”平台人工智能平台,“工业4.0”战...

2018年前沿技术预测:AR/VR/MR等沉浸式...

人工智能助手将越来越多地被作为会话平台与决策过程支持助手的关键点。AI功能将在两个方面支持虚拟助理:...

发表于 2018-04-11 14:38 351次阅读
2018年前沿技术预测:AR/VR/MR等沉浸式...

挑战与机遇并存人工智能的健康发展很重要

过去一年,我们和其他20多位人工智能领域专家,通过思考当前的人工智能技术以及其可能如何被坏人利用,写...

发表于 2018-04-11 11:19 408次阅读
挑战与机遇并存人工智能的健康发展很重要

计算机视觉领域发展趋势和行业现状如何?具体的场景...

图像的形态蕴含很大的信息量,这以后会成为一个较大的信息入口,目前文字仍然是最大的信息入口,但在可视化...

发表于 2018-04-11 10:39 420次阅读
计算机视觉领域发展趋势和行业现状如何?具体的场景...

云计算、大数据和人工智能三者之间的关系

空间灵活性:想要多少就有多少。需要一个空间很小的电脑,可以满足;需要一个特别大的空间例如云盘,云盘给...

发表于 2018-04-11 10:33 208次阅读
云计算、大数据和人工智能三者之间的关系

英特尔与UCloud联手,让AI部署更灵活高效

UCloud实验室研发总监叶理灯谈人工智能的三要素以及云计算如何推动人工智能落地。英特尔至强可扩展处...

发表于 2018-04-11 10:24 438次阅读
英特尔与UCloud联手,让AI部署更灵活高效

盘点一些最近动作频繁的AR Cloud公司

随着ARKit和ARCore的普及,全球支持AR框架的手机也数以亿计。就像智能手机时代,移动化的AP...

发表于 2018-04-11 10:22 156次阅读
盘点一些最近动作频繁的AR Cloud公司

世界首例机器辅助肿瘤切除手术出血不到10ml

近日,华西医院泌尿外科在手术机器人的辅助下,为一名45岁罕见的多发性内分泌腺瘤综合征患者进行了肿瘤切...

发表于 2018-04-11 10:14 71次阅读
世界首例机器辅助肿瘤切除手术出血不到10ml

如何集成人工智能到企业业务数据中?

为了成功地将人工智能(AI)集成到企业现有的业务数据中,企业需要考虑基础设施、环境、员工培训等因素。...

发表于 2018-04-11 10:08 43次阅读
如何集成人工智能到企业业务数据中?

智能风控兼顾金融“智能”和“安全”5G让无人驾驶...

现在正在举行的“博鳌亚洲论坛”上,智能翻译、智能金融风控、无人驾驶安全三大领域频现最新利器,让世界见...

发表于 2018-04-11 09:50 358次阅读
智能风控兼顾金融“智能”和“安全”5G让无人驾驶...

基于智慧、极简、超宽、开放、安全的理念,构建以用...

华为路由器与电信以太产品线总裁高戟在致辞中表示,“智能社会时代,运营商的业务形态和商业模式都存在极大...

发表于 2018-04-11 09:35 334次阅读
基于智慧、极简、超宽、开放、安全的理念,构建以用...

人工智能开启电力3.0时代 互联网巨头纷纷进军...

如果把建在集成、高速双向通信网络基础上的电力系统称为2.0时代,那么在人工智能(AI)进入后,它的3...

发表于 2018-04-11 09:16 298次阅读
人工智能开启电力3.0时代  互联网巨头纷纷进军...

联合国召开会议讨论韩国研发“杀手机器人”

联合国《特定常规武器公约》政府专家小组9日在瑞士日内瓦召开会议,预定讨论致命自主武器系统研发,也就是...

发表于 2018-04-11 05:09 187次阅读
联合国召开会议讨论韩国研发“杀手机器人”

BAT进入AI领域 上演一场三国争雄

从国务院印发《新一代人工智能发展规划》,到工信部出台《新一代人工智能三年行动计划》;从AlphaGo...

发表于 2018-04-11 04:07 250次阅读
BAT进入AI领域 上演一场三国争雄

深圳云栖大会人工智能专场:探索视频+AI,玩转智能视频应用

发表于 2018-03-30 15:15 116次阅读
深圳云栖大会人工智能专场:探索视频+AI,玩转智能视频应用

人工智能就业前景

发表于 2018-03-29 15:46 310次阅读
人工智能就业前景

全新一代人工智能计算引擎MaxCompute杭州开服,强化阿里云大数据能力,比肩谷歌微软

发表于 2018-03-28 14:33 111次阅读
全新一代人工智能计算引擎MaxCompute杭州开服,强化阿里云大数据能力,比肩谷歌微软

人工智能与智能家居联手为你打造舒适生活

发表于 2018-03-23 11:56 155次阅读
人工智能与智能家居联手为你打造舒适生活

选择人工智能才是企业持续发展的坚实基础

发表于 2018-03-13 16:31 291次阅读
选择人工智能才是企业持续发展的坚实基础

TreeOS 结合 IBM IoT 云平台教你如何自动写物联网代码

发表于 2018-03-13 09:39 294次阅读
TreeOS 结合 IBM IoT 云平台教你如何自动写物联网代码

TreeOS 结合 IBM IoT 云平台教你如何自动写物联网代码

发表于 2018-03-13 09:01 216次阅读
TreeOS 结合 IBM IoT 云平台教你如何自动写物联网代码