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新型人工神经元能模仿脑细胞电化学行为,有望降低能耗提升AI效率

发布时间: 2025-11-01 11:46:00 来源: 科技日报

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美国南加州大学研究团队开发出一种新型人工神经元,能够模仿生物大脑细胞的电化学行为。这一成果标志着神经形态计算技术的突破,有望显著缩小芯片体积、降低能耗,并推动通用人工智能(AI)的实现。相关论文发表于新一期《自然·电子学》杂志。W73速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

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将一个扩散忆阻器和一个电阻器堆叠在一个晶体管上,即可制成一个集成脉冲人工神经元,该神经元功能丰富、占用空间小(仅需一个晶体管)、能耗低,适用于神经形态计算系统。图片展示了这种集成神经元阵列的芯片,该芯片在大学的洁净室中制造,每个神经元的有效区域约为4μm2。图片来源:美国南加州大学

这种人工神经元不同于传统的数字处理器或硅基“类脑芯片”,它能真正模仿生物神经元的运作方式。在大脑中,神经活动由化学物质触发。而在这种人工神经元中,化学反应同样能驱动信息处理。也就是说,它不是用公式去“模拟”神经元的行为,而是通过物理过程去“复制”大脑的机制。W73速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

在生物系统中,大脑通过电信号与化学信号共同完成信息传递。神经元先产生电信号,这些信号在突触处转化为化学信号,再由化学信号激发下一个神经元形成新的电信号,实现神经活动的连锁反应。W73速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

研究团队此次采用一种被称为“扩散忆阻器”的新型器件,首次在物理层面上高保真地再现了这一过程。扩散忆阻器的工作机制依赖于离子的扩散和记忆效应。与传统基于电子流的晶体管不同,离子的运动更接近大脑中神经元的自然活动,使得学习可以直接在硬件层面发生。W73速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

这种新型人工神经元不仅在能源利用方面极为高效,还在结构上大幅简化。研究团队表示,一个扩散忆阻器人工神经元仅需一个晶体管的空间,而传统设计通常需要数十至数百个晶体管。这样的创新意味着未来芯片的体积和能耗都有望减少几个数量级,为构建更紧凑、更节能、更接近人脑效率的人工智能系统奠定基础。W73速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

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