对于工程师而言，无法实现人脑的效率和超级计算性能的原因之一是，我们一直缺乏能够独立发挥神经元作用的电子设备。为此，我们需要发明一种全新的设备，其设计比我们之前创建的所有产品都要复杂。最近，Hewlett-Packard Labs的Suhas Kumar，R。Stanley Williams（现为德克萨斯农工大学的教授）和Stanford University的在读博士生Ziwen Wang发明了一种满足这些要求的设备。就其本身而言，使用简单的DC电压作为输入，该设备不仅可以输出其他设备可以管理的简单脉冲，还可以输出所有神经元活动，包括脉冲爆发，自激振荡和大脑出现的其他情况。研究结果的详细描述发表在最近的《自然》杂志上。杂志。它在同一设备中集成了电阻器，电容器和所谓的Mott忆阻器。忆阻器是以电阻的形式存储流过它们的电流的存储器。莫特忆阻器具有附加功能，即它可以反映温度影响下的电阻变化。莫特转换中的材料根据其温度在绝缘和导电之间切换。此功能是在1960年代发现的，但直到最近才在纳米级设备中进行了探索。这种转变发生在忆阻器中的纳米级氧化铌条中。施加电压后，NbO2会略微变热，从绝缘变为导电。一旦发生这种转换，电容器中累积的电荷将流过。然后，设备冷却到刚好足以触发切换回绝缘状态。这样，脉冲电流类似于神经元的动作电位。威廉姆斯说：“我们已经为此工作了五年。在这种小的纳米材料结构中发生了很多事情。根据库马尔（Kumar）的说法，忆阻器的发明者莱昂·蔡（Leon Chua）预测，如果设置了可能的设备参数，则在行为稳定的区域之间，将存在行为混乱的区域。在某些混乱区域的边缘，可能存在执行新的人工神经元功能的设备。威廉姆斯认为，库玛已经对设备的材料和物理参数进行了微调，以找到有效的组合。他说：“您不会偶然发现它的。在发现此功能之前，一切都必须是完美的。但是一旦您能够制造出这种东西，它实际上将变得非常稳定和可重复...……研究人员首先构建了脉冲形式的布尔逻辑门（NAND和NOR），然后通过构建小型模拟和优化电路来对器件进行了测试。如果要将该设备扩展到实际水平，并挑战该设备的当前常规体系结构，则需要完成许多工作。例如，库马尔（Kumar）和威廉姆斯（Williams）计划探索在不同温度下经历莫特转变的其他可能材料。 NbO2的转化在800度下发生，这太高了。该温度仅会出现在纳米级涂层中，将这种环境扩展到数百万个设备是一个很大的问题。威廉姆斯说，其他人也研究了过氧化钒，过氧化钒在60摄氏度的温度下转变，但这可能太低了，因为数据中心系统通常在100摄氏度下工作。可能会有其他转换材料可以达到相同的效果。威廉姆斯说：“找到最好的材料是一个非常有趣的问题。”原始标题：第一个单设备模拟神经元可以有效解决传统计算机面临的问题。文章来源：[微信公众号：IEEE电气电子工程师学会]欢迎大家关注！请指出转载文章的来源。