韓國(guó)科技研究院神經(jīng)形態(tài)工程中心研發(fā)了一項(xiàng)集成元件技術(shù)，用于構(gòu)建大規(guī)模人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，其創(chuàng)新之處在于采用hBN制作憶阻器器件，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的類似“樂高”式連接。

（A）生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理圖。（B）使用人工神經(jīng)形態(tài)裝置在硬件中實(shí)現(xiàn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖。（C）隨著突觸權(quán)重的變化，兩個(gè)神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。觀察到下游神經(jīng)元的放電程度隨著突觸重量的減小而降低。

圖片來源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院

借助hBN這種二維材料的優(yōu)質(zhì)性能，該團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了高集成度與超低功耗。他們精心設(shè)計(jì)的人工神經(jīng)元及突觸器件，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并提高網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性的同時(shí)，更具優(yōu)越的處理能力。此舉將為大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的研發(fā)打開新的大門。

這項(xiàng)研究還涉及到在硬件中展示高效的“神經(jīng)元—突觸—神經(jīng)元”結(jié)構(gòu)，模擬人類大腦中的尖峰信號(hào)信息傳輸。通過實(shí)驗(yàn)證明，只需調(diào)整人工突觸裝置的重量即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)神經(jīng)元間尖峰信號(hào)信息的調(diào)控。此外，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了將新型hBN設(shè)備應(yīng)用于環(huán)保型低功耗、大規(guī)模AI硬件系統(tǒng)的巨大潛力。

研究人員強(qiáng)調(diào)，此類人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)可用于各類實(shí)際生活場(chǎng)景的海量數(shù)據(jù)處理，涉及諸多領(lǐng)域，包括智慧城市、醫(yī)療保健、通信、氣象預(yù)報(bào)以及無人駕駛車輛等。這項(xiàng)新研究有望大大降低能源消耗，克服傳統(tǒng)硅CMOS器件擴(kuò)展局限性，從而有利改善全球環(huán)境污染問題。

人腦在極低能耗情況下仍能高效運(yùn)作，這無疑給人工智能研究者帶來挑戰(zhàn)。他們?cè)噲D從軟件和硬件兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)人腦進(jìn)行全面細(xì)致的模仿。例如，硬件方面，通過模仿人腦神經(jīng)元和突觸之間的聯(lián)通，達(dá)到與人腦同樣的信息傳送效果。然而，如何設(shè)計(jì)出能真正有效運(yùn)行的大尺度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，關(guān)鍵在于構(gòu)建具備成本效益與可擴(kuò)展特性的硬件系統(tǒng)。本次研究中，他們通過研制如同“樂高”搭積木般的集成元件，開辟了全新的可能途徑。