MIT用超导体制成极低功耗神经元，能效靠近人类大脑

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计较机越来越智能，可是智能的算法却必要大量的资源。一台计较机以 GHz 的频率运行，功耗上千瓦。而人类的大脑运行速度比电脑慢几百万倍，只有约 20W 的功率，却能轻松做到这统统。

以克服李世石的 AlphaGo 为例，它行使了 48 个 TPU，每个 TPU 功率是 40W，能效比远远低于人类。

因此科学家们一向在全力，但愿能造出靠近人类大脑服从的装备。

最近 MIT 的研究职员计划了一种由纳米线制成的超导神经元，在很多方面已经示意得像真的神经元一样，至少在能效上是这样。

与人脑比拟

功率便是电压乘以电流。研究职员对每个电路元件的电流、电压乘积对时刻举办积分，计较出了人造超导神经元的能耗。

研究职员颠末说明发明，超导纳米线神经元对付每个举措电位耗损约 0.05fJ（1fJ=10^-15J，即万万亿分之一焦）的能量，而突触的能耗小一个数目级，约莫为 0.005fJ。

因为超导电路行使很少的能量，这种超导神经收集服从可与生物神经收集媲美。能效比（每秒每瓦突触操纵量，SOPS/W）已经和人类神经元处于统一个量级，比一样平常的计较装备跨越 4 个数目级。

下表是人脑、两种 CMOS 以及超导纳米线神经元之间的比拟。

事变道理

人类神经元是靠举措电位来转达信号。所谓举措电位是指的是细胞膜受到刺激，使膜的表里的电位差产生反转，然后再撒播出去。

并且人类神经元尚有个特征：除非输入信号高出某个阈值，不然它们不会发生欢快，像极了数字电路。超导纳米线具有奇异的非线性特征，也可以像神经元一样发生这种浸染。这种性子是由超导体的临界电流造成的。

当电流高出某个阈值时，纳米线的超导电性会消散，从原本的完全没有电阻到发生电阻，然后在电路两头发生电压。电阻溘然增进，就会发生电压脉冲，这就相同于神经元中的举措电位。

一个超导神经元电路由两组纳米线构成，分为主振荡器和节制振荡器。为了触动员作电位，必要施加一个小的输入电流脉冲，并与偏置电流相加，使其高出主振荡器的 LC，使其产生转换。

此时，电流脉冲与偏置偏向相反，因此节制振荡器不会触发。一旦主振荡器状态改变，电流就会以逆时针偏向加到超导回路上，它与偏置电流相加，才气触发节制振荡器。

主振荡器以回路电流的情势将磁通量添加到超导回路，这相同于人类神经元钠离子流入细胞引起电流的浸染，节制振荡器的浸染相同于钾离子输出电流。

出了举措电位阈值外，超导纳米线电路尚有相同于人类神经体系不回响期这种特征。

研究职员但愿，将来用这种超导纳米线神经元实现低功耗的神经收集。

（编辑：河北网）

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