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神經形態晶片有重大突破,這回石墨烯成了「海綿」  

2016-02-14 10:13:02|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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雷鋒網配圖
       由於神經形態晶片能夠比馮諾依曼(John von Neumann)結構晶片更快更好地處理感測器資料(如圖像、影片、聲音等),所以對這些由電晶體網路構成的晶片研究成為了新的熱點話題。

多年來,科學家們一直在嘗試進一步探究神經形態的電路架構。而其中的難處就在於,如何處理神經元和矽之間的重疊部分——突觸以及邏輯門。從光電子學上講,就是光子穿過雷射電晶體和突觸間隙神經遞質時的跨越處。

如今,普林斯頓大學的研究人員展示了一種石墨烯材質的光學電容器。這種光學電容器能夠保證光學神經形態電路中雷射電晶體的穩定工作。

但是目前,仍有一些關鍵性的差異問題,在阻礙人們成功製造出一個可以像大腦一樣工作的處理器。

例如,我們知道晶片中的神經元之間是透過電位移動或峰電位來傳遞資訊的,而峰電位是非 0 即 1 的二進位,所以人們必須在時域就對資訊進行編碼。但一個神經元的放電頻率,並不僅受限於中央時鐘周期,而且神經元的放電頻率只有在發送時才會對訊號的強度進行編碼。

但是正因為神經元是類比系統,所以在理論上由它們製成的晶片可以達到非常快的計算速度。而馮諾依曼結構晶片的時脈(Clock rate)卻是有極限值的,所以早晚有一天會被淘汰掉,科學家們必須找到其他方法來使計算速度更上一層樓。

而最近的一份研究報告顯示,把石墨烯融入雷射之中是一個可行的解決方案。這將能夠使得石墨烯「捕獲」光子,並把它變成一種光學電容器。當光學電容器以這種方式遞增時,雷射能夠以皮秒的速度「飆升」。

IEEE 指出:「事實證明,石墨烯是一個非常理想的飽和吸收體。因為它能夠以非常快的速度吸收並釋放光子,而且它還能在任何波長下工作,所以無論發射何種顏色的雷射都可以被完美吸收,並且還不會互相干擾。」

也就是說,這種「石墨烯海綿」能夠在雷射中更好的吸收光電子,而且還可以被用來同時輸出多個不同波長的光子,不會受到任何干擾。

雷鋒網配圖

在摩爾定律的最後,模擬神經元和神經回路的設計理念,可以為處理器帶來更為優越的功耗比和可伸縮性。在光電子學中,光導纖維和雷射電晶體是實現這一理念的理想方法,因為光子的移動速度比電子更快。

而在最新的自然科學報告中表明,石墨烯電容器能夠將神經形態的晶片架構和光電子完美結合。

但不要高興太早,我們可能還要在未來面臨下一個嚴峻的問題:類比神經形態電路陣列的雷射電晶體,能否有夠快的速度來處理從感測器得到的資料。

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