新型人工神经元实现对大脑的物理复制

与传统数字处理器或硅基神经芯片仅能“模拟”神经活动不同，最新人造神经元能够物理复现生物神经元的模拟信息过程。正如神经化学物质能激活大脑一样，特定化学物质如今也可在类脑硬件中启动计算。由于这些人工神经元基于真实生物机制，不再只是数学模型，因此与早期设计有本质区别。

本项研究由南加州大学计算机与电气工程教授杨Joshua带队，他在人工突触领域也有突出贡献。团队采用“扩散式忆阻器”构建新型人造神经元，并详细阐释该技术如何引领新一代芯片发展。与传统电子依赖电子流不同，杨教授的新型器件采用原子运动进行运算，这使神经元运作方式更接近人脑，显著提升能效，为突破解决AGI奠定基础。

在人体神经元中，电信号在胞体传递，至末端间隙转化为化学信号，各种离子（如钾、钠、钙）参与所需电信号产生。该论文以氧化银离子替代生物离子，产生电脉冲并复现运动、学习、规划等计算过程。杨教授表示：“虽然人工突触和神经元用的不是同样离子，但表现出的物理规律极为接近。”他指出，银的扩散性能正契合生物系统动力学，让结构大幅简化，更加高效。

杨强调，现有芯片和计算机最大瓶颈不是算力，而是能效限制，特别是运行大模型时消耗极大。相较之下，大脑仅用约20瓦电力即可完成复杂学习，而超级计算机则需兆瓦级能耗。大脑靠离子跨膜运动，直接在硬件（或称“湿件”）实现能效和自适应学习。杨教授表示，人工系统若能遵循脑原理进行数据处理和学习，有望在能效和学习效率方面取得突破。

目前，使用银材料尚难与主流半导体制造兼容，未来需探索替代离子材料。新结构单个神经元仅占用一个晶体管空间，远低于常规设计，可大幅缩小芯片面积和能耗，为AI可持续发展铺路。

团队下一步将集成大量人工突触和神经元，测试类脑系统的效率和能力，并期待这种逼真的系统帮助揭示大脑更多奥秘。

编译自/ScitechDaily