新开关可以使计算机芯片像人脑一样学习工作

科学家们开发了一种超导开关，它像生物系统一样 “学习”，可以连接处理器并在像人脑一样运行的未来计算机中存储内存。美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的研究人员说，这种称为突触的开关与其生物对应物一样，为所谓的神经形态计算机提供了缺失的部分。

他们说，这种计算机被设想为一种新型的人工智能，可以提高自动驾驶汽车和癌症诊断等应用的感知和决策能力。突触是两个脑细胞之间的连接或开关。人造突触-一个直径为10微米的深蹲金属圆柱体-就像真实的东西，因为它可以处理传入的电尖峰以定制尖峰输出信号。

此处理基于灵活的内部设计，可以通过经验或其环境进行调整。细胞或处理器之间的点火越多，连接就越强。因此，真实突触和人工突触都可以保持旧电路并创建新电路。甚至比真实的东西更好，NIST突触可以比人脑发射快得多-每秒10亿次，而脑细胞每秒50次-仅使用一点能量，大约是人脑的万分之一突触。

NIST物理学家迈克·施耐德 (Mike Schneider) 说: “NIST突触比人类突触的能量需求低，我们不知道其他任何使用更少能量的人工突触。”新的突触将用于由超导组件制成的神经形态计算机中，该计算机可以无电阻地传输电，因此比基于半导体或软件的其他设计更有效。数据将以磁通量为单位进行传输，处理和存储。模仿脑细胞和传输线的超导设备已经被开发出来，但是直到现在，有效的突触 -- 一个至关重要的部分 -- 一直缺失。

大脑对于诸如上下文识别之类的任务特别强大，因为它既按顺序处理数据，又同时处理数据，并且将记忆存储在整个系统的突触中。传统的计算机仅按顺序处理数据，并将存储器存储在单独的单元中。NIST突触是约瑟夫森结，长期用于NIST电压标准。这些结是超导材料的夹层，以绝缘体为填充物。

研究人员说，当通过结的电流超过称为临界电流的水平时，就会产生电压尖峰。突触使用标准的铌电极，但在硅基质中具有由纳米级锰簇制成的独特填充物。