三星提出神经形态芯片新见解 复制贴上大脑
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三星电子（Samsung Electronics）2021年9月23日于《Nature Electronics》科学期刊发
表，“基于复制和贴上大脑的神经形态电子学”（Neuromorphic electronics based on
copying and pasting the brain）的论文，分享了新的见解，离实现更好模仿大脑的神
经形态芯片（neuromorphic chip）又更近一步。
该研究主要作者，由三星高级技术研究院（Samsung Advanced Institute of Technology
）研究员、哈佛大学教授Donhee Ham，哈佛大学教授Hongkun Park，三星SDS总裁兼执行
长、三星研究院前负责人Sungwoo Hwang，以及三星电子副董事长兼执行长Kinam Kim。
论文中阐述的见解，可以用两个词来概括：“复制”和“贴上”。论文提出了一种方法，
利用Donhee Ham和Hongkun Park教授开发的奈米电极阵列（nanoelectrode array）“复
制”大脑的神经元连接图，然后将图片“贴上”到高密度的3D固态内存网络上。
透过这种复制和贴上的方法，作者设想创造出一种内存芯片，接近大脑独特的计算特征
：低功耗、便捷的学习能力、对环境的适应，甚至是自主和认知，都是目前的技术无法达
到的。
大脑由大量的神经元组成，神经元的连接负责大脑的功能。因此，对连接图的了解是对大
脑进行逆向工程（reverse engineering）的关键。
神经形态工程于1980年代首次被提出时，目标是在硅芯片上模仿神经元网络的结构和功能
，然而即使到现在，人们对大量的神经元是如何连接、创造大脑的高级功能依然所知甚少
。因此，神经形态工程的目标已经放宽到设计一个受大脑“启发”的芯片，而不是严格意
义上的“模仿”。
论文中提出了一种回归神经形态目标的大脑逆向工程的方法。奈米电极阵列可以有效进入
大量的神经元，敏锐的记录电信号。这些大规模并行的细胞内记录为神经元连结图提供资
讯，可以绘制出神经元相互连接的位置以及连接的强度。从这些记录中，可以提取或“复
制”神经元连结图。
神经元图谱从复制到可以被“贴上”到非挥发性内存（Non-Volatile Memory）的网络
中，例如日常生活中使用的固态硬盘（SSD）中的商用快闪存储器，或可变电阻式内存
（RRAM）等新型内存，透过对内存进行编码，使其电导代表复制的图谱中每个神经元
连接的强度。
论文更进一步，提出了一种将神经元接线图迅速粘贴到内存网络上的策略。当由细胞内
记录的信号直接驱动时，一个特别设计的非挥发性内存网络可以学习和表达神经元连接
图。这是一个直接将大脑的神经元连接图下载到内存芯片上的方案。
由于人脑估计有1000亿左右的神经元，以及1000倍左右的突触连接，最终的神经形态芯片
将需要100兆左右的记忆。将如此庞大数量的记忆集成在单一芯片上，将通过内存的3D
整合来实现，这是三星领先的技术为记忆产业开辟了新世代。
三星计画利用在芯片制造方面的经验，继续研究神经形态工程，扩大在下世代人工智能半
导体领域的领先地位。未来目标，将推动机器智慧、神经科学和半导体技术的发展。