人工智能芯片可能會有時間感

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)的一項研究在《自然電子》雜志上報道了第一個具有可調(diào)諧“松弛時間”的憶阻器。 

憶阻器是一種將信息存儲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)計到2027年，人工智能將占全球總用電量的0.5%左右，隨著越來越多的公司銷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，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。

 問題是gpu的運行方式與運行人工智能算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常不同——整個網(wǎng)絡(luò)及其所有交互必須順序地從外部存儲器加載，這既消耗時間又消耗能量。相比之下，記憶電阻器可以節(jié)省能源，因為它們模仿了人工和生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在沒有外部存儲器的情況下運作的關(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)與工程專業(yè)博士研究生Sieun Chae表示:“我們預(yù)計，我們的新材料系統(tǒng)可以在不改變時間常數(shù)的情況下，將人工智能芯片的能源效率提高到最先進材料的6倍。”

 在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，計時是通過松弛來實現(xiàn)的。每個神經(jīng)元接收并發(fā)送電信號，但并不能保證信號會向前傳遞。在神經(jīng)元發(fā)送自己的信號之前，必須達到某個輸入信號的閾值，并且必須在一定的時間內(nèi)達到這個閾值。如果時間過長，神經(jīng)元就會因為電能滲出而放松。在我們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中有不同放松時間的神經(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。改變的不是信號的存在與否，而是有多少電信號通過。暴露于一個信號會降低憶阻器的電阻，允許更多的下一個信號通過。在記憶電阻器中，松弛意味著電阻隨著時間的推移再次上升。 

雖然Lu的團隊過去曾探索過將松弛時間構(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的團隊已經(jīng)證明，基礎(chǔ)材料的變化可以提供不同的松弛時間，使憶阻器網(wǎng)絡(luò)能夠模仿這種計時機制。

 該團隊在超導(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。通過改變這些氧化物的比例，研究小組獲得了159到278納秒(即萬億分之一秒)的時間常數(shù)。他們構(gòu)建的簡單憶阻器網(wǎng)絡(luò)學(xué)會了識別數(shù)字0到9的聲音。經(jīng)過訓(xùn)練后，它可以在音頻輸入完成之前識別出每個數(shù)字。

 這些憶阻器是通過一個能源密集型的過程制造的，因為研究小組需要完美的晶體來精確測量它們的特性，但他們預(yù)計一個更簡單的過程將適用于大規(guī)模生產(chǎn)。 

“到目前為止，這只是一個愿景，但我認為有辦法使這些材料可擴展和負擔(dān)得起，”Heron說。“這些材料在地球上儲量豐富，無毒，便宜，你幾乎可以噴灑它們。

來源：AAAS

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

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

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，在處理和使用時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。同時，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。