IBM研发世界首个人造神经元 能模拟大脑工作方式

（原标题：IBM研制出世界首个人造神经元，能模拟人类大脑工作方式）

澎湃新闻记者 王心馨

AlphaGo打败韩国棋手李世石后，人工智能概念引爆全球。谷歌、Facebook等科技巨头还专门成立了人工智能实验室，布局人工智能，想在深度神经网络计算等领域中有所突破。

对于人工智能来说，算法固然重要，但能以更低功耗，更快速度来运行算法的芯片，是该领域不可缺少的环节，也成为了各大科技公司突破的关键。

于是，研究人员从人类本身出发，希望能设计出一款可以模拟人类大脑运行，能像大脑一样快速反应、处理信息的芯片。

IBM5月公布的最新相变存储芯片。

当地时间8月3日，IBM官方宣布，科学家使用相变材料，制造出了能存储和处理数据的随机脉冲神经元。科研人员表示，这种神经元集群与人造突触等纳米计算元件联合，或是制造可用于认知计算领域的下一代超密集神经形态计算系统的关键。

相变，是指物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相。相变材料，指的是随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

该研究由IBM苏黎世研究院埃万杰洛斯・埃莱夫特里乌负责。他在接受采访时称：“十多年来，我们一直在研究相变存储（PCM）材料。今年5月我们公布的最新相变存储技术表明，每个单元能稳定存储3比特数据；现在我们再次证明，基于相变材料的人工神经元能执行多种计算，如检测数据关联等，而且速度快、能耗低。”

根据IBM的研究报告，最新制造出的人工神经元由包括锗锑碲化物在内的相变材料组成，这些相变材料会展示出非结晶态和结晶态两种稳定的状态：一种非结晶态；一种结晶态，是制造可擦写蓝光光盘的基础。

艺术家创作：相变合金液锗锑碲（GeSbTe）覆盖的人造神经元。  来源：IBM 研究院，新智元

研究人员在人工神经元上施加了一系列电子脉冲，使相变材料不断结晶，最终导致神经元“点火”。这一过程通俗来说，与人类接触某些热属性的东西后，大脑给出的反应相似。

将该属性用于探测行为，发现可以观测到数据的实时流通联系。举例来说，在物联网中，传感器能收集并分析海量天气数据用于天气预报，而你想找出其中哪些是暂时相关的。“只用一个神经元就可以做出这样的区分，因为这个神经元与多个接收这些事件的突触相连。我们在研究中多次展示了如何从多个事件流当中检测关联性。”IBM研究员 Manuel Le Gallo在接受采访时说。

参与这项研究的IBM苏黎世研究员（从左到右）：Abu Sebastian，Evangelos Eleftheriou，Tomas Tuma，Angeliki Pantai 和 Manuel Le Gallo。  来源：IBM研究院

与传统材料制成的神经元不同，相变神经元的尺寸能小到纳米量级别。研究论文指出，未来这一材料可以小到14纳米。

IBM苏黎世。

其次，它的信号传输速度很快，功耗很低。IBM称，这些人工神经元能耐受数十亿次的开关操作，相当于以100赫兹的更新频率工作多年。神经元每次更新所需的能量不到5皮焦（10-12焦），平均电压不足120微瓦（百万分之一瓦）。

最后也是最重要的一点，相变神经元是随机的，这意味着它能像生物神经元一样不可预测。在生物的细胞里，震动表明特定的输入，但不一定会得到同样的输出。IBM的相变神经元正是利用了随机性，让神经元完成了不可思议的工作，比如从复杂的数学题目中得出局部最小准则（local minimumcriterion，LMC），这是依靠算法的数字计算机无法做到的。

正是因为上述特性，相变存储器被认为是最有可能取代目前的 SRAM、DRAM、FLASH等产品成为未来主流的存储器产品。《经济学人》评论认为，这是在人造大脑方面的又一突破。

目前，IBM的相变神经元拥有10乘10的神经元阵列，将5个小阵列组合成一个500神经元的大阵列，该阵列可以用类似人类大脑的工作方式进行信号处理。

未来，IBM研究人员计划构建包含几千个相变神经元的单一芯片，并编写能充分利用相变神经元芯片随机特性的软件。