陳根：三星聯手哈佛，打造仿真人腦芯片_風聞

文|陳根

人類的大腦包括不計其數的神經元，神經元之間有着複雜的網絡連接，這個網絡實現了大腦的功能。神經形態工程學（Neuromorphic engineering）是在 20 世紀 80 年代，由加州理工學院的卡弗·米德（Carver Mead）提出的與大腦網絡連接密切相關的一門科學。

其一般採用模擬、數字或模/數混合的超大規模集成電路及其相關軟件來模仿生物神經元、神經迴路以至更大規模的神經組織架構，製造一個仿真人腦芯片或電路，用以構造低能耗、更接近於生物學真實性，實現神經組織相應功能的新器件。

近日，韓國三星電子的研發團隊與哈佛大學共同利用最新的神經科學工具，一種名為 CMOS 納米電極陣列（CNEA）的硅神經電子接口，“複製”哺乳動物神經元網絡的功能性突觸連接圖，然後把這個圖“粘貼”到高密度的 3D 固態存儲網絡中，從而開發出接近大腦獨特計算特徵的存儲芯片。

因為納米電極陣列可以有效進入大量的神經元，所以它能夠高靈敏度地記錄電信號。這些大規模並行的細胞內記錄為神經元的網絡連接圖提供了信息，表明了神經元相互連接的位置以及這些連接的強度。因而，從這些提示性的記錄中，可以提取或“複製”神經元的網絡連接圖。

然後，複製的神經元圖可以被“粘貼”到非易失性存儲器的網絡中，例如日常生活中使用的固態硬盤（SSD）中的商用閃存，或者電阻式隨機存取存儲器（RRAM）。通過對每個存儲器進行編程，使其電導率代表複製圖中每個神經元連接的強度。

研究中，最新的 CNEA 將 4096 個電子通道集成在一個有 4096 個垂直納米電極的 CMOS 芯片中，將細胞內並行記錄連接起來，從而可以映射 NNN 的功能性突觸連接。

在體外培養的大鼠皮層神經元網絡的 19 分鐘記錄中，**擁有 4096 個通道的 CNEA 測量了 1728 個電極的細胞內信號，可以説相比 10 個左右的片段記錄實現了重大飛躍。**這個數字還可以簡單地進行增加，因為製造更大、更密集的 CNEA是 CMOS 技術的本質。

利用在芯片製造方面的先進經驗，三星計劃繼續研究神經形態工程，以擴展三星在下一代人工智能半導體領域的研究，推動機器智能、神經科學和半導體技術的發展。