韩国KAIST开发模仿大脑的神经形态芯片
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韩国科学技术院（KAIST）的研究人员透过整合电晶体神经元和突触（transistor
neurons and synapses），打造了模拟大脑功能的高度可扩展神经形态硬件（
neuromorphic hardware）。利用标准的硅互补式金属氧化物半导体（CMOS）技术，有机
会降低芯片成本并简化制造程序。
该研究小组由 Yang-Kyu Choi 教授和 Sung-Yool Choi 教授带领，为高度可扩展的神经
形态硬件制造基于单个电晶体的神经元和突触，并且展示了识别文字和人脸图像的能力。
这项研究在 2021 年 8 月 4 日发表于《Science Advances》期刊。
这与传统的冯纽曼（Von Neuman）架构不同，神经形态硬件模仿大脑功能，只需要消耗
20 瓦的能量，就可以完成非常复杂的任务。
就像生物大脑，神经形态硬件运作，需要一个在整合某种信号时产生棘波（spike）的神
经元，以及一个纪录神经元之间连结的突触。然而在数位或类比电路上构建的神经元和突
触占据大量空间，在硬件效率和成本方面受到限制，人类的大脑是由约 1011 个神经元
和 1014 个突触组成，必须突破这些限制，以便开发行动和物联网装置的应用。
也就是，大脑突触的特征在单一架构中包含内存和运算，能够构成大脑启发的非冯诺依
曼（non-von Neumann）电脑架构基础。神经形态运算的最新趋势之一就是将神经元的值
编码为脉冲（pulse）或棘波（spike）。
为了解决这个问题，研究团队使用单个电晶体模拟了生物神经元和突触的行为，并将它们
共同整合到一个8吋晶圆上。制造出来的神经形态电晶体与目前大规模生产的记忆和逻辑
用电晶体，具有相同的结构。此外，神经形态晶体管首次证明了它们可以实现 "Janus颗
粒 "，这种结构既是神经元又是突触，就像硬币有两个不同的面。
Yang-Kyu Choi 教授表示，透过用单个电晶体取代基于复杂数位和类比电路的神经元和突
触，可以大幅降低硬件成本。研究论文第一作者 Joon-Kyu Han 表示，透过使用标准
CMOS 制程，将电晶体神经元和突触整合在同一晶圆上，神经形态硬件的成本得到了改善
，将加速商业化。这项研究得到了韩国国家研究基金（NRF）和 IC 设计教育中心（IDEC
）的支持。