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能儲存過去記憶 未來電腦運作更像人 / 國科會 國合處簡訊網 2010-5-08

Posted by gustav 
能儲存過去記憶 未來電腦運作更像人
作者:駐洛杉磯科技組 現職:駐洛杉磯科技組
文章來源:http://www.epochtimes.com/b5/10/4/26/n2888413.htm
發佈時間:2010.05.08
http://stn.nsc.gov.tw/view_detail.asp?doc_uid=0990428014

據最新的研究指出,科學家已經研發出先進的電子裝置,與傳統電腦相比,這種裝置可以做更多複雜的決定,並同時執行多重任務,可使未來的電腦在學習和識別資訊上,更像人類。

‧「憶阻器」可儲存過去的記憶

據生活科學(LiveScience.com)網站報導, 美國密歇根大學(University of Michigan)研究人員所研發的這些電子裝置,安裝了被稱為「憶阻器」(memristors)的電子元件。有別於傳統的電路設計,這些電子元件能儲存過去的電路状态,例如記憶電源切斷前的電壓值高低,以及使用時間的長短等。

正是憶阻器的這種性質,使它們非常類似大腦中連接各個腦細胞或神經元的突觸(synapses)。突觸類似可重新配置的開關,與幾千個神經元相連,能夠透過神經元傳輸的電子信號的強度和時間先後,記憶這些神經元上的信號傳遞情況。

‧模擬大腦 具記憶和學習過程

就傳統電腦而言,邏輯和記憶元件位於電路中的不同區塊,每個元件只與鄰近的少數元件相互連結。因此,傳統電腦能以線性方式運作,使其能在有限的變數下,迅速完成比較簡單的工作。

研究人員應用與傳統電腦完全不同的模式,也就是把憶阻器連接在傳統電子電路上,藉以模擬大腦的操作模式,利用憶阻器,藉由「電位-時間差引導的突觸可塑特性」(spike timing dependent plasticity),使其具備類似大腦記憶和學習的過程。

「電位-時間差引導的突觸可塑特性」是指相互關聯的神經元經過刺激後,神經元之間的連接能力變得更強的特性,這項特性被認為是哺乳動物的大腦在記憶和學習上的生理基礎。人類大腦中類似突觸傳導的變化,在本質上引起長期記憶。

研究人員發現,他們可以變換系統中的電壓時間長短以及不同電壓的先後順序,相應電路導電程度會逐漸增加或減少。

科學家目前希望電腦能像貓一樣聰明,能在堆滿傢俱的房子裡,在不斷改變房間佈局的情況下,每次都找出從前門到沙發的最短路徑。

‧無需控制 無人飛機直接做決策

研究人員陸威(Wei Lu,音譯)指出,這種電腦可應用在武器上,例如,將它安裝在無人駕駛飛機或車輛中,以便直接做出決策,而無須將影像傳回控制人員並等待指示。

他說,下一個步驟是建立一個更大的系統,其中包含數百個人工神經元和憶阻器構成的突觸。最終的目標是研發一臺複雜的超級電腦,並將其體積控制在僅有兩公升汽水瓶般大小的機器內。

目前,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)擁有一臺世界上最先進的超級電腦「曙光」(Dawn)。它能模擬10億和10兆個突觸,此規模超過了貓腦的突觸數量。不過,這臺龐大的機器使用超過14萬顆中央處理器,當它運作時,需要100萬瓦的電力才能驅動,而且它的執行效能,僅僅達到貓腦的千分之一到百分之一而已。

‧ 研發憶阻器 傳統電腦也受益

依據「摩爾定律」(Moore's Law),電腦的運算能力,平均每兩年會增加一倍。憶阻器除了能夠研發出更近似大腦的電腦,還可以幫助傳統電腦與「摩爾定律」齊步並進。

惠普實驗室(Hewlett-Packard Laboratories)的研究人員在4月份發行的《自然》(Nature)雜誌中指出,憶阻器可以執行運算,這表示記憶體晶片也可以做邏輯運算,這與現行電腦中,專職運算的中央處理器與記憶體晶片分離的做法有所不同。

陸威說:「未來電腦計算能力的增強,可能並非僅來自於中央處理器本身速度的提升,而是朝向提高運算效能的方向前進。」