“如果把用憶阻器技術(shù)開發(fā)出的人工智能芯片應(yīng)用在手機(jī)里面，芯片功耗會(huì)大大降低，手機(jī)充一次電就可以用兩天。”10月27日，在接受科技日?qǐng)?bào)記者專訪時(shí)，清華大學(xué)微電子學(xué)研究所教授錢鶴這樣通俗地解釋憶阻器將給普通民眾生活帶來的變化。

　　當(dāng)前，人工智能發(fā)展迅猛。然而，在錢鶴看來，如果要發(fā)展更為強(qiáng)大的人工智能，即像人一樣的機(jī)器人，表現(xiàn)出與人類一樣熟練和靈活的行為，憶阻器的作用不可忽視。憶阻器和人腦的突觸功能相似，相當(dāng)于一個(gè)“電子突觸”，搭建起來的智能芯片具有在線學(xué)習(xí)能力，可以處理機(jī)器系統(tǒng)之前無法勝任的任務(wù)。

　　“憶阻器是一種新的電子元件，其特性與人類大腦中的信息處理基本單元神經(jīng)突觸很相似。”錢鶴解釋說，神經(jīng)突觸最獨(dú)特的功能就是既可以存儲(chǔ)，也可以計(jì)算。存算一體化的計(jì)算機(jī)架構(gòu)可謂顛覆性技術(shù)，而最新的研究發(fā)現(xiàn)，憶阻器特別適于做存算一體化，這也是當(dāng)今國際上相關(guān)學(xué)者的研發(fā)重點(diǎn)。

　　作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)的課題之一，錢鶴領(lǐng)銜的“新型納米存儲(chǔ)器三維集成的基礎(chǔ)研究”旨在為我國存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)提供自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和原型技術(shù)，支撐和引領(lǐng)我國存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

　　錢鶴表示，除了存儲(chǔ)，憶阻器在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片領(lǐng)域顯示出更加重要的潛力。而神經(jīng)形態(tài)計(jì)算就是通過模仿人腦的構(gòu)造來大幅提高計(jì)算能力與能效的新型計(jì)算方法。

　　神經(jīng)形態(tài)計(jì)算與傳統(tǒng)計(jì)算方法最本質(zhì)的區(qū)別在于其將負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的單元融合在了一起，從而省去了傳統(tǒng)計(jì)算方法中由于數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器與中央處理器之間頻繁移動(dòng)而造成的大量能源開銷，繞過了“存儲(chǔ)墻”這一制約傳統(tǒng)計(jì)算方法發(fā)展的瓶頸，大幅提升了數(shù)據(jù)傳輸和處理的并行度。

　　“憶阻器本身的阻值可以用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；在外加電壓下還會(huì)輸出相應(yīng)的電流來完成乘法計(jì)算的功能，將多個(gè)憶阻器的輸出電流匯集到一起還可以實(shí)現(xiàn)加法計(jì)算的功能。通過乘法與加法的組合，憶阻器可以在極短時(shí)間內(nèi)完成絕大多數(shù)的計(jì)算任務(wù)。”錢鶴說，尤其是憶阻器的阻值能夠在一定的外加電壓條件下進(jìn)行快速且可逆的控制與調(diào)整，這就使得由憶阻器集成的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片不僅僅能夠高效地完成計(jì)算功能，而且還是可重復(fù)編程的。這些特性為憶阻器在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了無可比擬的優(yōu)勢。

　　“可以預(yù)見，一旦基于憶阻器的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片技術(shù)成熟，制作類似甚至超越人腦智能和能效的‘超級(jí)人工大腦’將變成現(xiàn)實(shí)。”錢鶴說。

　　據(jù)介紹，課題組通過探尋憶阻器的工作機(jī)理、篩選材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、精心設(shè)計(jì)芯片電路與測試系統(tǒng)等步驟，最終完成了世界上首個(gè)集成上千個(gè)雙向連續(xù)阻變憶阻器單元、能夠像人腦一樣對(duì)輸入有實(shí)時(shí)響應(yīng)并能在線學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別系統(tǒng)，且該系統(tǒng)每次迭代的能耗不足英特爾至強(qiáng)融核協(xié)處理器的千分之一。相關(guān)成果已發(fā)表在今年5月的《自然·通訊》期刊上。

　　“我們集成了一個(gè)具有1024個(gè)憶阻器單元的計(jì)算芯片，完美地實(shí)現(xiàn)了人臉圖像的情感識(shí)別功能，并在更難的具有20%噪聲點(diǎn)的測試圖片上得到了大于90%的識(shí)別準(zhǔn)確率。”錢鶴說。

　　“下一步要繼續(xù)對(duì)憶阻器的工作機(jī)理深入研究，改進(jìn)其器件特性。產(chǎn)業(yè)化也是我們考慮的重點(diǎn)，目前已經(jīng)在跟國內(nèi)知名企業(yè)商議，將其應(yīng)用于平安城市的建設(shè)中，畢竟憶阻器具有強(qiáng)大的視頻和圖像識(shí)別處理功能。”課題組成員，清華大學(xué)微電子所副所長吳華強(qiáng)說。