由城市大學(xué)(CityU)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)聯(lián)合研究建立了一個(gè)超低功耗的人工視覺系統(tǒng)來模仿人腦，該系統(tǒng)成功執(zhí)行了數(shù)據(jù)密集型認(rèn)知任務(wù)。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為下一代人工智能(AI)應(yīng)用提供有希望的設(shè)備系統(tǒng)。

研究小組由城大材料科學(xué)與工程學(xué)系副主任兼教授何國賢教授領(lǐng)導(dǎo)。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在科學(xué)雜志《科學(xué)進(jìn)展》上，標(biāo)題為“由氧化物超晶格納米線中的準(zhǔn)二維電子氣激活的人工視覺系統(tǒng)”。

隨著用于數(shù)字計(jì)算的半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步顯示出停滯的跡象，神經(jīng)形態(tài)(類腦)計(jì)算系統(tǒng)已被視為一種選擇。科學(xué)家一直在嘗試開發(fā)下一代先進(jìn)的AI計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)可以像人腦一樣輕巧，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)。

何教授說：“不幸的是，在現(xiàn)有的人工突觸中，以超低功率的方式有效地模擬大腦的神經(jīng)可塑性-改變其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接或重新連接自身的能力仍然具有挑戰(zhàn)性。”

提高人工突觸的能效

人工突觸模仿生物學(xué)突觸，兩個(gè)神經(jīng)元之間通過間隙傳遞電信號(hào)以在大腦中相互交流。人工突觸模仿大腦有效的神經(jīng)信號(hào)傳輸和記憶形成過程。

為了提高人工突觸的能量效率，何教授的研究團(tuán)隊(duì)首次將準(zhǔn)二維電子氣(準(zhǔn)2DEG)引入了人工神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)。研究人員開發(fā)了氧化物超晶格納米線(一種具有吸引人的電性能的半導(dǎo)體)，并設(shè)計(jì)了準(zhǔn)2DEG光子突觸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低能量消耗，每次突觸事件可達(dá)到亞飛焦耳(0.7fJ)。與人腦中的突觸相比，這意味著能耗降低了93%。

“我們的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，基于我們的光子突觸的人工視覺系統(tǒng)可以以超低功率的方式同時(shí)執(zhí)行光檢測，類似于大腦的處理和記憶功能。我們相信我們的發(fā)現(xiàn)可以為建立人工神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)提供有希望的策略。未來在仿生設(shè)備，電子眼和多功能機(jī)器人中的應(yīng)用。”何教授說。