一種稱為憶阻器的低功耗,，非易失性技術(shù)給機器學(xué)習(xí)帶來了新的希望。根據(jù)研究,，憶阻器能有效地解決AI醫(yī)療診斷問題,，這是一個令人鼓舞的發(fā)展，它暗示了這項技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用可能,，尤其是低功耗或網(wǎng)絡(luò)“邊緣”應(yīng)用的潛力,。研究人員說，這可能是因為憶阻器人工模仿了神經(jīng)元的某些基本特性,。
憶阻器或存儲電阻器是電子電路的一種構(gòu)建模塊,，科學(xué)家大約在50年前就曾預(yù)測過這種技術(shù)的存在，但直到十多年前才首次創(chuàng)建同類產(chǎn)品,。這些組件,，也稱為電阻性隨機存取存儲器（RRAM）設(shè)備，本質(zhì)上是電開關(guān),，可以記住它們在電源關(guān)閉后是打開還是關(guān)閉,。因此,，它們類似于突觸（人腦神經(jīng)元之間的鏈接），其電導(dǎo)率根據(jù)過去經(jīng)過多少電荷而增強或減弱,。
從理論上講,，憶阻器可以像神經(jīng)元一樣，能夠同時計算和存儲數(shù)據(jù),。因此,，研究人員提出，憶阻器可以潛在地大大減少傳統(tǒng)計算機在處理器和內(nèi)存之間來回穿梭數(shù)據(jù)的能量和時間,。這些設(shè)備還可以在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）中很好地工作,。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是使用合成形式的突觸和神經(jīng)元來模擬人腦學(xué)習(xí)過程的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)。
開發(fā)用于憶阻器的應(yīng)用的一個挑戰(zhàn)是這些器件中發(fā)現(xiàn)的隨機性,。研究的第一作者,，法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)的電氣工程師Thomas Dalgaty,說，憶阻器中看到的電阻或電導(dǎo)率的水平取決于連接兩個電極的少數(shù)原子,，因此開發(fā)者從一開始就很難控制它們的電性能,。
現(xiàn)在，Dalgaty和他的同事們已經(jīng)開發(fā)出一種方法來利用這種隨機性來進(jìn)行機器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序,。他們本月在《自然電子》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn),。
通過在高電導(dǎo)通狀態(tài)和低電導(dǎo)通狀態(tài)之間循環(huán)來對憶阻器進(jìn)行編程。通常,，由于器件內(nèi)部固有的隨機過程，在憶阻器中看到的電導(dǎo)率水平可能會在一個導(dǎo)通狀態(tài)與另一個狀態(tài)之間變化,。
但是,，如果憶阻器循環(huán)開關(guān)足夠多，則每個憶阻器的電導(dǎo)率都會遵循“鐘形曲線”的規(guī)律,，Thomas Dalgaty,說,。科學(xué)家們透露,，他們可以實施一種稱為馬爾可夫鏈蒙特卡洛采樣的算法,，該算法可以積極利用這種可預(yù)測的行為來解決許多機器學(xué)習(xí)任務(wù)。
與傳統(tǒng)的數(shù)字CMOS電子產(chǎn)品的性能相比,，研究人員的憶阻器陣列實現(xiàn)了驚人的五個數(shù)量級的能量降低,。Dalgaty說，這是因為憶阻器不需要在處理器和內(nèi)存之間來回拖曳數(shù)據(jù),。就上下文而言,，100,000倍的差異相當(dāng)于“世界最高建筑哈利法塔和一枚硬幣之間的高度差”。
對于憶阻器而言,，一個潛在的令人興奮的應(yīng)用是能夠在網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)端（又稱為“邊緣”）為設(shè)備提供學(xué)習(xí),，調(diào)整和操作的能力,，還可以給低功耗設(shè)備，例如嵌入式系統(tǒng),，智能家居設(shè)備和IoT節(jié)點帶來幫助,。Dalgaty說，的確,，憶阻器可以使邊緣學(xué)習(xí)設(shè)備成為現(xiàn)實,。
他解釋說：“當(dāng)前無法進(jìn)行邊緣學(xué)習(xí)，因為使用現(xiàn)有硬件執(zhí)行機器學(xué)習(xí)所需的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊緣上可用的能量,。（使用憶阻器）邊緣學(xué)習(xí)……可能會打開以前無法實現(xiàn)的全新應(yīng)用,。”
例如,，研究人員使用由16384個憶阻器組成的陣列來檢測心電圖記錄中的心律異常,，從而報告了比基于常規(guī)非憶阻器電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更好的檢測率。該團(tuán)隊還使用他們的陣列來解決圖像識別任務(wù),，例如診斷惡性乳腺組織樣本,。
潛在的未來邊緣學(xué)習(xí)憶阻器應(yīng)用可能包括植入的醫(yī)療預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以隨著患者狀態(tài)的變化而適應(yīng)患者的狀態(tài),。Dalgaty說：“我們正在尋求這些真正受能源限制的邊緣應(yīng)用,，這些應(yīng)用可能由于能源（限制）而不存在?！?/p>
Dalgaty說,，下一個重大挑戰(zhàn)是“將所有這些功能整合到一個可以在實驗室外部應(yīng)用的集成芯片上?！?他說,，這樣的芯片可能要花費幾年的時間。