比爾•蓋茨對《連線》雜志說：如果他還是個(gè)少年，他就會(huì)做生物黑客了。“如果你想用偉大的方式改變世界，就從生物分子開始吧。”

——《想當(dāng)廚子的生物學(xué)家是個(gè)好黑客》

[[133755]]

百科：憶阻器

憶阻器(memristor)是一種被動(dòng)電子元件，被認(rèn)為是電路的第四種基本元件，僅次于電阻器、電容器及電感元件。憶阻器可以在關(guān)掉電源后，仍能“記憶”通過的電荷。兩組的憶阻器更能產(chǎn)生與晶體管相同的功能，但更為細(xì)小。

而憶阻器的特性與一種與其全然無關(guān)的電路相似：神經(jīng)元突觸。神經(jīng)元之間不是單線相連，而是多線連接成錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)神經(jīng)元總是和多個(gè)神經(jīng)元相連，將電信號從它的一端傳到另一端。突觸是神經(jīng)元之間在功能上發(fā)生聯(lián)系的部位，也是信息傳遞的關(guān)鍵部位。通過這些突觸的信號越多，兩個(gè)神經(jīng)元之間的聯(lián)系就越強(qiáng)大。如同反復(fù)記憶這一行為，便是增加神經(jīng)元中的突觸，以形成聯(lián)系更為緊密的神經(jīng)元。

這一特性照亮了使用憶阻器制造神經(jīng)突觸芯片的前景，通常情況下腦電路控制邏輯神經(jīng)元，憶阻器則控制它們之間的鏈接。然而，即使性能***的憶阻器也無法利用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)創(chuàng)建電路，因?yàn)槭褂昧薈MOS的憶阻器的狀態(tài)很不穩(wěn)定。

構(gòu)造憶阻器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)在，來自Stony Brook大學(xué)和California Santa Barbara大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)似乎解決了這一問題。他們運(yùn)用的是一種簡單方式：系統(tǒng)性試錯(cuò)法研究。

憶阻器是由金屬氧化物(常用二氧化鈦)制成，因?yàn)殡娏鲿?huì)在氧原子消失的地方影響金屬材料，進(jìn)而影響其電流阻力。

在這種情況下，實(shí)驗(yàn)人員將氧化鋁和二氧化鈦結(jié)合形成了一個(gè)憶阻器。他們從“詳盡探究二氧化鈦組分及層厚度(5nm-100nm)的實(shí)驗(yàn)”開始，然后逐步調(diào)整加上鋁氧化物的厚度。二氧化鈦層厚決定了在指定地點(diǎn)生成憶阻器的難易程度，同時(shí)氧化鋁層影響了實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性與強(qiáng)度。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：人工智能的未來?

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由傳統(tǒng)電路鏈接而成的網(wǎng)格(技術(shù)上稱交叉開關(guān))，而憶阻器出現(xiàn)在每一個(gè)垂直線路交叉處——首先將金屬氧化物層放置于這些位置，然后再通入電流。

研究人員訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別V、N、Z三個(gè)字母，其囊括了存在單像素誤差的可能。在經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練之后，憶阻器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠識別出所有三個(gè)字母，同時(shí)更深入的訓(xùn)練可以進(jìn)一步提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)?；A(chǔ)運(yùn)算中的幾個(gè)部分是由傳統(tǒng)硬件完成的，而憶阻器則能處理最需要進(jìn)行緊張計(jì)算的任務(wù)。

在這里，研究者生成的系統(tǒng)只涉及了12*12網(wǎng)格的憶阻器，因此能力是有限的。而來自奧地利Graz科技大學(xué)的Robert Legenstein認(rèn)為：如果這個(gè)設(shè)計(jì)可以擴(kuò)大至大型網(wǎng)絡(luò)的大小，那么它將顛覆電腦運(yùn)算的未來。

盡管存在很多挑戰(zhàn)，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還是可以輕松超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件，同時(shí)又避免了一大量能源的損耗。即使層厚為30nm，在一平方厘米中也能存放2500萬個(gè)細(xì)胞，而其中每個(gè)細(xì)胞中帶有1萬個(gè)突觸。想要為這一切提供能源支持，卻只需要1瓦電。