當地時間8月3日,IBM 蘇黎世研究中心宣布,製成了世界上第一個納米大小的人造相變神經元。IBM 科研人員還在此基礎上構建了由500個該神經元組成的陣列,用於模擬人類大腦的工作方式處理信號。人工神經元不僅有和人類神經元一樣的「集體編碼」特性,它的信號處理能力也已經超過了奈奎斯特-香農採樣定理(Nyquist–Shannon sampling theorem)的極限。這一突破標誌着人類在認知計算應用領域邁出了重要一步。
人造相變神經元完全由目前已知的材料組成,除了尺寸達到納米級、信號傳輸速度快、功耗低等特點外,更重要的是它的反應完全隨機,這意味着即便輸入相同的信號,相變神經元每次的輸出也會略有不同,符合生物神經元的特性。IBM 研究人員表示,人工神經元之所以出現隨機特性,是因為 GST 材料(由鍺Ge、銻Sb、碲Te元素組成)的非晶體狀態每次重置後會有些許不同,而生物神經元則是因為離子電導、熱量、背景噪聲等因素導致隨機性。
人工神經元是模仿真正的生物神經元建立的。人工神經元沒有生物神經元那樣完全相同的功能,但是可以通過使用這些神經元實現接近真正大腦一般的運算結果。
人造相變神經元由輸入端、神經薄膜、信號發生器、輸出端組成,它們的作用分別類似生物神經元的樹突、雙分子層、神經細胞主體和軸突。信號發生器和輸入端之間還有反饋迴路,用於增強某些類型的輸入信號。
不過,真正的在神經元細胞膜由磷脂雙分子層組成,而在 IBM 的人造神經元中,神經元細胞膜被替換成為小塊的 GST 材料。GST 材料是復寫光碟的主要原料,即一種相變材料,在加熱、激光或電力的作用下,它能在晶體相和非晶體相間進行轉換。處於晶體相和非晶體相時,GST 材料具有的物理特性也不同:非晶相不導電,晶體相則能夠導電。這一特質使得 GST 材料能模擬磷脂雙分子層的工作方式。