人工智能芯片可能會(huì)有時(shí)間感

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能很快就能更有效地處理與時(shí)間相關(guān)的信息，比如音頻和視頻數(shù)據(jù)。今天，密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究在《自然電子》雜志上報(bào)道了第一個(gè)具有可調(diào)諧“松弛時(shí)間”的憶阻器。 

憶阻器是一種將信息存儲(chǔ)在電阻中的電子元件，與目前的圖形處理單元相比，憶阻器可以將人工智能的能源需求減少約90倍。預(yù)計(jì)到2027年，人工智能將占全球總用電量的0.5%左右，隨著越來(lái)越多的公司銷(xiāo)售和使用人工智能工具，這一比例有可能急劇上升。

“現(xiàn)在，人們對(duì)人工智能很感興趣，但要處理更大、更有趣的數(shù)據(jù)，方法是增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。這不是很有效，”魯煒說(shuō)，他是密歇根大學(xué)詹姆斯·r·梅勒工程教授，也是該研究的共同通訊作者，密歇根大學(xué)材料科學(xué)與工程副教授約翰·赫倫。

 問(wèn)題是gpu的運(yùn)行方式與運(yùn)行人工智能算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常不同——整個(gè)網(wǎng)絡(luò)及其所有交互必須順序地從外部存儲(chǔ)器加載，這既消耗時(shí)間又消耗能量。相比之下，記憶電阻器可以節(jié)省能源，因?yàn)樗鼈兡７铝巳斯ず蜕锷窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)在沒(méi)有外部存儲(chǔ)器的情況下運(yùn)作的關(guān)鍵方面。憶阻器網(wǎng)絡(luò)在一定程度上體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

 該研究的共同第一作者、密歇根大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)博士研究生Sieun Chae表示:“我們預(yù)計(jì)，我們的新材料系統(tǒng)可以在不改變時(shí)間常數(shù)的情況下，將人工智能芯片的能源效率提高到最先進(jìn)材料的6倍?！?/p>

 在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)時(shí)是通過(guò)松弛來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)神經(jīng)元接收并發(fā)送電信號(hào)，但并不能保證信號(hào)會(huì)向前傳遞。在神經(jīng)元發(fā)送自己的信號(hào)之前，必須達(dá)到某個(gè)輸入信號(hào)的閾值，并且必須在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到這個(gè)閾值。如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，神經(jīng)元就會(huì)因?yàn)殡娔軡B出而放松。在我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中有不同放松時(shí)間的神經(jīng)元有助于我們理解事件的順序。 

憶阻器的工作原理略有不同。改變的不是信號(hào)的存在與否，而是有多少電信號(hào)通過(guò)。暴露于一個(gè)信號(hào)會(huì)降低憶阻器的電阻，允許更多的下一個(gè)信號(hào)通過(guò)。在記憶電阻器中，松弛意味著電阻隨著時(shí)間的推移再次上升。 

雖然Lu的團(tuán)隊(duì)過(guò)去曾探索過(guò)將松弛時(shí)間構(gòu)建到憶阻器中，但這并不是一種可以系統(tǒng)控制的東西。但是現(xiàn)在，Lu和Heron的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，基礎(chǔ)材料的變化可以提供不同的松弛時(shí)間，使憶阻器網(wǎng)絡(luò)能夠模仿這種計(jì)時(shí)機(jī)制。

 該團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)體YBCO上制造了這種材料，該材料由釔、鋇、碳和氧組成。它在零下292華氏度以下的溫度下沒(méi)有電阻，但他們想要它的晶體結(jié)構(gòu)。它指導(dǎo)了憶阻器材料中鎂、鈷、鎳、銅和鋅氧化物的組織。

Heron把這種氧化物稱(chēng)為“原子世界的廚房水槽”——添加的元素越多，它就越穩(wěn)定。通過(guò)改變這些氧化物的比例，研究小組獲得了159到278納秒(即萬(wàn)億分之一秒)的時(shí)間常數(shù)。他們構(gòu)建的簡(jiǎn)單憶阻器網(wǎng)絡(luò)學(xué)會(huì)了識(shí)別數(shù)字0到9的聲音。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，它可以在音頻輸入完成之前識(shí)別出每個(gè)數(shù)字。

 這些憶阻器是通過(guò)一個(gè)能源密集型的過(guò)程制造的，因?yàn)檠芯啃〗M需要完美的晶體來(lái)精確測(cè)量它們的特性，但他們預(yù)計(jì)一個(gè)更簡(jiǎn)單的過(guò)程將適用于大規(guī)模生產(chǎn)。 

“到目前為止，這只是一個(gè)愿景，但我認(rèn)為有辦法使這些材料可擴(kuò)展和負(fù)擔(dān)得起，”Heron說(shuō)?！斑@些材料在地球上儲(chǔ)量豐富，無(wú)毒，便宜，你幾乎可以噴灑它們。

來(lái)源：AAAS

異丁醛（也稱(chēng)為2-丁醛，化學(xué)式：C4H8O）是一種有機(jī)化合物，屬于醛類(lèi)化合物。以下是異丁醛的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 功能團(tuán)：異丁醛分子中含有一個(gè)醛基（─CHO功能團(tuán)），即碳氧雙鍵和一個(gè)氫原子。

2. 溶解性：異丁醛具有一定的溶解性。它可以在水和許多有機(jī)溶劑中溶解，如乙醇、醚等。

3. 氧化性：異丁醛易被氧氣氧化成相應(yīng)的酸。

4. 反應(yīng)活性：異丁醛是一種活潑的化合物，可以與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生以下反應(yīng)：

   - 還原反應(yīng)：可以被還原劑還原為相應(yīng)的醇。

   - 加成反應(yīng)：與親核試劑（如氨、氫氯化物）加成反應(yīng)，形成相應(yīng)的加成產(chǎn)物。

   - 導(dǎo)入反應(yīng)：與親電試劑（如酸性條件下的醇或酰氯）反應(yīng)，發(fā)生導(dǎo)入反應(yīng)，形成醇或酯。

5. 異構(gòu)性：異丁醛和正丁醛（1-丁醛）是同分異構(gòu)體，它們的分子結(jié)構(gòu)不同。

需要注意的是，異丁醛是一種具有刺激性氣味的液體，在處理和使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。同時(shí)，由于異丁醛易燃，應(yīng)避免與火源接觸和存放在易燃物質(zhì)附近。