神經(jīng)形態(tài)芯片獲得重大突破，這回石墨烯成了“海綿”

由于神經(jīng)形態(tài)芯片能夠比馮諾依曼結(jié)構(gòu)芯片更快更好地處理傳感器數(shù)據(jù)(如圖像、視頻、聲音等)，所以對(duì)這些由晶體管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的芯片研究成為了新的熱點(diǎn)話題。

多年來(lái)，科學(xué)家們一直在嘗試進(jìn)一步探究神經(jīng)形態(tài)的電路架構(gòu)。而其中的難點(diǎn)就在于如何處理神經(jīng)元和硅之間的重疊部分——突觸以及邏輯門。從光電子學(xué)上講，就是光子穿過(guò)激光晶體管和突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)時(shí)的跨越處。

如今，普林斯頓大學(xué)的研究人員展示了一種石墨烯材質(zhì)的光學(xué)電容器。這種光學(xué)電容器能夠保證光學(xué)神經(jīng)形態(tài)電路中激光晶體管的穩(wěn)定工作。

但是目前，仍有一些關(guān)鍵性的差異問(wèn)題在阻礙著人們成功制造出一個(gè)可以像大腦一樣工作的處理器。

例如，我們知道芯片中的神經(jīng)元之間是通過(guò)電位移動(dòng)或峰電位來(lái)傳遞信息的，而峰電位是非0即1的二進(jìn)制，所以人們必須在時(shí)域就對(duì)信息進(jìn)行編碼。但一個(gè)神經(jīng)元的放電頻率并不僅受限于中央時(shí)鐘周期，而且神經(jīng)元的放電頻率只有在發(fā)送時(shí)才會(huì)對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行編碼。

但是正因?yàn)樯窠?jīng)元是模擬系統(tǒng)，所以在理論上由它們制成的芯片可以達(dá)到非常快的計(jì)算速度。而馮·諾依曼結(jié)構(gòu)芯片的時(shí)鐘頻率卻是有極限值的，所以早晚有一天會(huì)被淘汰掉，科學(xué)家們必須找到其他方法來(lái)使計(jì)算速度更上一層樓。

而最近的一份研究報(bào)告顯示，把石墨烯融入激光之中是一個(gè)可行的解決方案。這將能夠使得石墨烯“捕獲”光子，并把它變成一種光學(xué)電容器。當(dāng)光學(xué)電容器以這種方式遞增時(shí)，激光能夠以皮秒的速度“飆升”。

IEEE指出：“事實(shí)證明，石墨烯是一個(gè)非常理想的飽和吸收體。因?yàn)樗軌蛞苑浅？斓乃俣任詹⑨尫殴庾樱宜€能在任何波長(zhǎng)下工作，所以無(wú)論發(fā)射何種顏色的激光都可以被完美吸收，并且還不會(huì)互相干擾。”

也就是說(shuō)，這種“石墨烯海綿”能夠在激光中更好的吸收光電子，而且還可以被用來(lái)同時(shí)輸出多個(gè)不同波長(zhǎng)的光子，不會(huì)受到任何干擾。

在摩爾定律的最后，模擬神經(jīng)元和神經(jīng)回路的設(shè)計(jì)理念可以為處理器帶來(lái)更為優(yōu)越的功耗比和可伸縮性。在光電子學(xué)中，光導(dǎo)纖維和激光晶體管是實(shí)現(xiàn)這一理念的理想方法，因?yàn)楣庾拥囊苿?dòng)速度比電子更快。

而在最新的自然科學(xué)報(bào)告中表明，石墨烯電容器能夠?qū)⑸窠?jīng)形態(tài)的芯片架構(gòu)和光電子完美結(jié)合。

但不要高興太早，我們可能還要在未來(lái)面臨下一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題：模擬神經(jīng)形態(tài)電路陣列的激光晶體管能否有足夠快的速度來(lái)處理從傳感器得到的數(shù)據(jù)。

Via extremetech

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