受大脑启发的高度可扩展的神经形态硬件

研究人员通过将单管神经元和突触共同整合，制造出了一种受大脑启发的高度可伸缩的神经形态硬件。使用标准的硅互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，神经形态硬件有望降低芯片成本并简化制造过程。

　　

一组研究小组以单晶体管为基础，制作出了可高度扩展的神经形态硬件的神经元和突触，展示了识别文本和人脸图像的能力。该研究结果刊登在了4日的《科学进展》杂志上。

神经形态硬件因具有人工智能功能而备受关注，但由于模仿人类大脑，其功耗不足20瓦。要使神经形态硬件工作，就必须有一个神经元，当整合某个信号时产生一个尖峰，以及一个突触，记住两个神经元之间的连接，就像生物大脑一样。然而，由于构建在数字或模拟电路上的神经元和突触占据很大的空间，因此在硬件效率和成本方面存在一定的限制。由于人类大脑由大约1011个神经元和1014个突触组成，因此要将其应用于移动和物联网设备，就必须提高硬件成本。

为了解决这个问题，研究小组用一个晶体管模拟了生物神经元和突触的行为，并将它们协同集成到一个8英寸的晶片上。制造的神经形态晶体管与目前大量生产的存储和逻辑晶体管具有相同的结构。此外，神经形态晶体管首次证明，它们可以实现“双面结构”，即既是神经元又是突触，就像硬币有正面和反面一样。

作者表示:“通过将复杂的数字和模拟电路中的神经元和突触替换为一个晶体管，可以大幅降低硬件成本，我们已经证明，神经元和突触可以用单个晶体管实现。”“通过使用标准CMOS工艺将单晶体管神经元和突触在同一晶片上协集成，神经形态硬件的硬件成本得到了提高，这将加速神经形态硬件的商业化”。

Journal Reference:

1. Joon-Kyu Han, Jungyeop Oh, Gyeong-Jun Yun, Dongeun Yoo, Myung-Su Kim, Ji-Man Yu, Sung-Yool Choi, Yang-Kyu Choi. Cointegration of single-transistor neurons and synapses by nanoscale CMOS fabrication for highly scalable neuromorphic hardware. Science Advances, 2021; 7 (32): eabg8836 DOI: 10.1126/sciadv.abg8836